Nanoconfined Cu─O─Mo Asymmetric Sites Enable Ambient Spontaneous O 2 ‐to‐ 1 O 2 Conversion for Sustainable Water Purification

催化作用 材料科学 吸附 单线态氧 氧气 解吸 浸出(土壤学) 化学工程 光化学 化学 物理化学 有机化学 环境科学 工程类 土壤科学 土壤水分
作者
Jian Ye,Chenxiao Yu,Jiangdong Dai,Lili Li,Ruilong Zhang,Jianming Pan,Wenhua Xue,Yuehan Jiang,Jun Zhao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e14600-e14600
标识
DOI:10.1002/adma.202514600
摘要

Abstract The selective activation of molecular oxygen (O 2 ) to singlet oxygen ( 1 O 2 ) represents a sustainable route for green oxidation yet remains fundamentally challenged by spin‐forbidden transitions and kinetic trapping of superoxide intermediates. Here, an asymmetric Cu + ─O─Mo 6+ dual‐site embedded within a nanoconfined membrane is constructed that drives spontaneous O 2 ‐to‐ 1 O 2 conversion under ambient conditions, achieving 95.2% selectivity without additional energy inputs. Experimental and theoretical analyses reveal that electron‐rich Cu + sites facilitate spin‐selective electron transfer to adsorbed O 2 while adjacent Mo 6+ sites stabilize Cu + species and facilitate the direct formation of 1 O 2 , bypassing the conventional superoxide desorption bottleneck. The nanoconfined environment further concentrates local reactants, yielding a 0.053 ms −1 degradation rate constant, exceeding most Fenton‐like systems. The system maintains operational stability for 146 h in continuous‐flow filtration with ultralow metal leaching (<0.02 mg L −1 ) and operational cost (0.01 USD L −1 ), enabling over 95% removal of diverse micropollutants in complex water matrices. This work establishes a new catalytic paradigm merging atomic‐scale asymmetric site design with nanoconfinement engineering for sustainable and selective O 2 activation, providing an efficient and environmentally benign strategy for advanced water purification.
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