Fenton like Reactivity on Fe₃O₄ Nanozymes Driven by Charge Transfer and Interfacial Water

化学 催化作用 反应性(心理学) 过氧化氢 电子转移 激进的 光化学 密度泛函理论 氧化物 协同催化 活性氧 吸附 氧气 光谱学 催化循环 析氧 反应机理 合理设计 小学(天文学) 氧化还原 反应中间体 反应中间体 过氧化物 多相催化 活动站点 分解水 氧化铁 表面改性
作者
Verónica M. Sánchez,Enio Lima,Juan Santiago Grassano,Pablo G. Lustemberg,Marco A. Morales Ovalle,Marcelo Vásquez Mansilla,Juan Daneri,Darío A. Estrı́n,E. Winkler,M. V. Ganduglia-Pirovano
出处
期刊: 被引量:1
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2025-p1mjc
摘要

Magnetite (Fe₃O₄) nanoparticles, widely recognized as inorganic nanozymes due to their enzyme like catalytic activity, are emerging as effective heterogeneous catalysts for Fenton like reactions, in which lattice iron activates hydrogen peroxide (H₂O₂) togenerate reactive oxygen species. While hydroxyl radicals (•OH) are generally con- sidere d the primary reactive species, the underlying mechanism particularly the possible involvement of a high valent ferryl intermediate (Fe⁴+=O)- remains under de- bate. Here, we combine surface specific spectroscopy with density functional theory (DFT) calculations to elucidate the mechanism of H₂O₂ activation on Fe₃O₄ surfaces. We find that •OH production is driven by electron transfer from subsurface Fe²⁺ centers to adsorbed H₂O₂ accompanied by the transient formation of a ferryl species. Moreover, interf acial water plays an active role in modulating surface reactivity and stabilizing key reaction intermediates. These findings clarify the origin of radical formation in Fe₃O ₄ nanozymes and offer mechanistic insight to guide the rational design of next gener ation oxide based catalysts for environmental and biomedical applications.
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