Electrocatalytic membrane with p-block bismuth atoms for selective oxygen activation to hydroxyl radicals for effective water decontamination

人体净化 激进的 化学 氧气 试剂 反应速率常数 羟基自由基 电合成 吸附 无机化学 光化学 电化学 有机化学 电极 动力学 物理化学 物理 核物理学 量子力学
作者
Limin Jin,Meng Liu,Shijie You,Hongying Zhao,Yanbiao Liu
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:352: 124044-124044 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2024.124044
摘要

Herein, individual p-block bismuth (Bi) atoms are dispersed onto N-doped Ti3C2Tx MXene (BiN3/MXene) to enhance the 3e− oxygen reduction reaction (ORR), for the electrosynthesis of hydroxyl radicals (HO•) via the activation of molecular oxygen (O2). Theoretical calculations and experiments reveal that the p-orbitals of Bi atoms can readily hybridize with the p-orbitals of O, which enables the transfer of charges, creates sufficient strength of adsorption for oxygen intermediates, lowers the activation energy, and modulates the rate-limiting reaction. The optimized generation of HO• is up to 26.7 μmol/(L·h·cm2) without additional chemical reagents, facilitating efficient removal of micropollutants from complex water matrices. Specifically, the rate constant (kobs) for sulfamethoxazole degradation achieves 1.027 min−1, outperforming the reported processes for micropollutants removal. This work illuminates the atomic-level construction of a p-block BiN3/MXene electrocatalytic membrane to efficiently perform the 3e− ORR and highlights the substantial potential for wastewater decontamination.
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