Spin‐state Conversion by Asymmetrical Orbital Hybridization in Ni‐doped Co3O4 to Boost Singlet Oxygen Generation for Microbial Disinfection

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作者
Meilin Duan,Chao Huang,Gong Zhang,Hao Shi,Pengfei Zhang,Limin Li,Tong Xu,Zhen Zhao,Zhujun Fu,Jingrui Han,Yuanhong Xu,Xiaoteng Ding
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (12): e202318924-e202318924 被引量:61
标识
DOI:10.1002/anie.202318924
摘要

Singlet oxygen (1 O2 ) plays a significant role in environmental and biomedical disinfection fields. Electrocatalytic processes hold great potential for 1 O2 generation, but remain challenging. Herein, a facile Ni doping converted spin-state transition approach is reported for boosting 1 O2 production. Magnetic analysis and theoretical calculations reveal that Ni occupied at the octahedral site of Co3 O4 can effectively induce a low-to-high spin-state transition. The high-spin Ni-Co3 O4 generate appropriate binding strength and enhance electron transfer between the Co centers with oxygen intermediates, thereby improving the catalytic activity of Ni-Co3 O4 for effective generating 1 O2 . In neutral conditions, 1×106 CFU mL-1 Gram-negative ESBL-producing Escherichia coli (E. coli) could be inactivated by Ni-Co3 O4 system within 5 min. Further antibacterial mechanisms indicate that 1 O2 can lead to cell membrane damage and DNA degradation so as to irreversible cell death. Additionally, the developed Ni-Co3 O4 system can effectively inactivate bacteria from wastewater and bioaerosols. This work provides an effective strategy for designing high-spin electrocatalysis to boost 1 O2 generation for disinfection process.
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