Identification and Regulation of Active Sites on Nanodiamonds: Establishing a Highly Efficient Catalytic System for Oxidation of Organic Contaminants

单线态氧 材料科学 环境修复 催化作用 污染 激进的 选择性 氧气 光化学 组合化学 有机化学 化学 生态学 生物
作者
Penghui Shao,Jiayu Tian,Feng Yang,Xiaoguang Duan,Shanshan Gao,Wenxin Shi,Xubiao Luo,Fuyi Cui,Shenglian Luo,Shaobin Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:28 (13) 被引量:705
标识
DOI:10.1002/adfm.201705295
摘要

Abstract Nanodiamonds exhibit great potential as green catalysts for remediation of organic contaminants. However, the specific active site and corresponding oxidative mechanism are unclear, which retard further developments of high‐performance catalysts. Here, an annealing strategy is developed to accurately regulate the content of ketonic carbonyl groups on nanodiamonds; meanwhile other structural characteristics of nanodiamonds remain almost unchanged. The well‐defined nanodiamonds with well‐controlled ketonic carbonyl groups exhibit excellent catalytic activity in activation of peroxymonosulfate for oxidation of organic pollutants. Based on the semi‐quantitative and quantitative correlations of ketonic carbonyl groups and the reaction rate constants, it is conclusively determined that ketonic carbonyl groups are the catalytically active sites. Different from conventional oxidative systems, reactive oxygen species in nanodiamonds@peroxymonosulfate system are revealed to be singlet oxygen with high selectivity, which can effectively oxidize and mineralize the target contaminants. Impressively, the singlet‐oxygen‐mediated oxidation system significantly outperforms the classical radicals‐based oxidation system in remediation of actual wastewater. This work not only provides a valuable insight for the design of new nanocarbon catalysts with abundant active sites but also establishes a very promising catalytic oxidation system for the green remediation of actual contaminated water.
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