Electronic structure modulation of iron sites with fluorine coordination enables ultra-effective H2O2 activation

催化作用 活动站点 部分 选择性 激进的 光化学 键裂 吸附 化学 电子结构 材料科学 纳米技术 组合化学 立体化学 计算化学 有机化学
作者
Deyou Yu,Licong Xu,Kaixing Fu,Xia Liu,Shan‐Li Wang,Minghua Wu,Wangyang Lu,Chunyu Lv,Jinming Luo
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:59
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46653-6
摘要

Abstract Electronic structure modulation of active sites is critical important in Fenton catalysis as it offers a promising strategy for boosting H 2 O 2 activation. However, efficient generation of hydroxyl radicals (•OH) is often limited to the unoptimized coordination environment of active sites. Herein, we report the rational design and synthesis of iron oxyfluoride (FeOF), whose iron sites strongly coordinate with the most electronegative fluorine atoms in a characteristic moiety of F-(Fe(III)O 3 )-F, for effective H 2 O 2 activation with potent •OH generation. Results demonstrate that the fluorine coordination plays a pivotal role in lowering the local electron density and optimizing the electronic structures of iron sites, thus facilitating the rate-limiting H 2 O 2 adsorption and subsequent peroxyl bond cleavage reactions. Consequently, FeOF exhibits a significant and pH-adaptive •OH yield (~450 µM) with high selectivity, which is 1 ~ 3 orders of magnitude higher than the state-of-the-art iron-based catalysts, leading to excellent degradation activities against various organic pollutants at neutral condition. This work provides fundamental insights into the function of fluorine coordination in boosting Fenton catalysis at atomic level, which may inspire the design of efficient active sites for sustainable environmental remediation.
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