Unveiling the Origins of Selective Oxidation in Single-Atom Catalysis via Co–N4–C Intensified Radical and Nonradical Pathways

激进的 化学 氧化还原 催化作用 污染物 电子转移 双酚A 光化学 人口 同种类的 无机化学 有机化学 人口学 环氧树脂 社会学 物理 热力学
作者
Mengxue Yang,Zexi Hou,Xin Zhang,Baoyu Gao,Yanwei Li,Yanan Shang,Qinyan Yue,Xiaoguang Duan,Xing Xu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (16): 11635-11645 被引量:439
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c01261
摘要

Single-atom catalysts (SACs)-based peroxymonosulfate (PMS) systems are highly selective to the type of organic pollutants while the mechanisms remain ambiguous. In this work, we carried out experimental and theoretical investigations to reveal the origins of selectivity of radical and nonradical pathways in a designated Co–N4–C/PMS system. Two typical pollutants [bisphenol A (BPA) and metronidazole (MNZ)] with different molecular structures were employed for comparison. We found that radical oxidation (SO4•– and HO•) and nonradical electron-transfer pathway (ETP) co-existed in the Co–N4–C/PMS system. Pollutants (e.g., MNZ) with a high redox potential were degraded primarily by free radicals rather than ETP, while the oxidization of low-redox pollutants (e.g., BPA) was dominated by ETP at the surface region of Co–N4–C which overwhelmed the contributions of radicals in the homogeneous phase. Intriguingly, the contributions of radical and nonradical pathways could be manipulated by the PMS loading, which simultaneously increased the radical population and elevated the oxidation potential of Co–N4–C-PMS* complexes in ETP. Findings from this work will unravel the mysterious selective behavior of the SACs/PMS systems in the oxidation of different micropollutants.
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