Low‐Spin‐State Hematite with Superior Adsorption of Anionic Contaminations for Water Purification

吸附 纳米点 赤铁矿 材料科学 自旋态 过渡金属 化学工程 金属 纳米技术 孟加拉玫瑰 饮用水净化 催化作用 无机化学 化学 物理化学 有机化学 冶金 工程类
作者
Guoqiang Shen,Lun Pan,Rongrong Zhang,Shangcong Sun,Fang Hou,Xiangwen Zhang,Ji‐Jun Zou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (11): e1905988-e1905988 被引量:117
标识
DOI:10.1002/adma.201905988
摘要

Abstract Hematite attracts intensive interest as an adsorbent for water purification, but the oversized dimension and inherent high‐spin Fe(III) restrict its adsorption capability and kinetics. Herein a spatial‐confinement strategy is reported that synthesizes ultrafine α‐Fe 2 O 3 benefiting from nanogrids constructed by predeposition of TiO 2 nanodots in the MCM‐41 channel, and that tunes the spin‐state of Fe(III) from high‐spin to low‐spin induced by the strong guest–host interaction between the ultrafine Fe 2 O 3 with SiO 2 (MCM‐41). The low‐spin Fe(III) endorses strong bonding with anionic adsorbates, and significantly facilitates the electrons transfer from Fe 2 O 3 to SiO 2 to form a highly positive charged surface, and thereby shows superior electrostatic multilayer adsorption performance to different kinds of anionic contaminations. Specifically, the maximum uptake, adsorption rate, and distribution coefficient ( K d ) for Rose Bengal dye reach as high as 1810 mg g −1 , 1644 g (g min) −1 , and 2.2 × 10 6 L kg −1 , which are more than 8, 230, and 3700 times higher than those of commercial activated carbon, respectively. It also shows outstanding purification performance for real field water. It is demonstrated that a strong guest–host interaction can alter the spin‐state of transition metal oxides, which may pave a new way to improve their performance in adsorption and other applications like catalysis.
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