Regulation of Surface Terminal Hydroxyl Coverage of FeOCl Catalyst via Crystal Facet Protection for Enhanced H2O2 Activation

催化作用 面(心理学) 终端(电信) 化学 Crystal(编程语言) 晶体结构 化学工程 结晶学 工程类 计算机科学 有机化学 电信 心理学 社会心理学 人格 五大性格特征 程序设计语言
作者
S. Chen,Jianxing Liang,Jingdong Li,Chenyu Bao,Yushan Chen,Dongting Yue,Maohong Fan,Kan Li,Jinping Jia
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c02303
摘要

The unique Fe coordination environment in the FeOCl catalyst confers superior reducible electronic properties, rendering them attractive Fenton-like active sites. DFT calculations reveal that the U-shaped coordinated Fe sites formed with 50% terminal hydroxyl coverage exhibit the best H2O2 activation performance, which allows the adsorbed H2O2 to form a ·OH directly with much lower activation energy. Herein, a crystal facet protection strategy induced by rapid high-temperature annealing is developed to synthesize FeOCl with high exposure of Fe atoms while regulating the surface hydroxyl coverage. The dominant expression of the (021) facet resulted in an optimized surface terminal hydroxyl coverage of 58.3%, increasing the intrinsic activity of FeOCl by 4.3 times. The d-band center of FeOCl with optimized terminal hydroxyl coverage is closer to the Fermi level, thus exhibiting higher affinity for H2O2, and the increased amount of U-shaped coordinated Fe sites enables sufficient ·OH generation for enhanced decontamination performance. Since the terminal hydroxyl groups can be consumed by Ca2+ and Mg2+ through coprecipitation, preremoving the hardness of actual wastewater is indispensable in the application of the FeOCl/H2O2 system. Our finding provides a new way to improve the intrinsic activity of FeOCl catalyst, which is helpful for its application in other environmental remediations.

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