Enhancing singlet oxygen production of dioxygen activation on the carbon-supported rare-earth oxide nanocluster and rare-earth single atom catalyst to remove antibiotics

催化作用 稀土 单线态氧 氧化物 碳纤维 土(古典元素) 化学 氧气 氧原子 光化学 材料科学 分子 矿物学 物理 有机化学 复合数 复合材料 数学物理
作者
Haonan Qin,Meina Guo,Chenliang Zhou,Jiarong Li,Xuequan Jing,Yinhua Wan,Weijie Song,Hongdong Yu,Guan Peng,Zhangwei Yao,Jiaming Liu,Kang Hu
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:252: 121184-121184 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.watres.2024.121184
摘要

Singlet oxygen (1O2) is extensively employed in the fields of chemical, biomedical and environmental. However, it is still a challenge to produce high- concentration 1O2 by dioxygen activation. Herein, a system of carbon-supported rare-earth oxide nanocluster and single atom catalysts (named as RE2O3/RE-C, RE=La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc and Y) with similar morphology, structure, and physicochemical characteristic are constructed to activate dissolved oxygen (DO) to enhance 1O2 production. The catalytic activity trends and mechanisms are revealed experimentally and are also proven by theoretical analyses and calculations. The 1O2 generation activity trend is Gd2O3/Gd-C>Er2O3/Er-C>Sm2O3/Sm-C>pristine carbon (C). More than 95.0% of common antibiotics (ciprofloxacin, ofloxacin, norfloxacin and carbamazepine) can be removed in 60 min by Gd2O3/Gd-C. Density functional theory calculations indicate that Gd2O3 nanoclusters and Gd single atoms exhibit the moderate adsorption energy of ·O2− to enhance 1O2 production. This study offers a universal strategy to enhance 1O2 production in dioxygen activation for future application and reveals the natural essence of basic mechanisms of 1O2 production via rare-earth oxide nanoclusters and rare-earth single atoms.
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