Size-matched hierarchical porous carbon materials anchoring single-atom Fe-N4 sites for PMS activation: An in-depth study of key active species and catalytic mechanisms

催化作用 化学 活动站点 Atom(片上系统) 碳纤维 光化学 激进的 无机化学 化学工程 材料科学 有机化学 复合数 计算机科学 工程类 复合材料 嵌入式系统
作者
Haoran Tian,Kangping Cui,Xing Chen,Jun Liu,Qiang Zhang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:461: 132647-132647 被引量:59
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.132647
摘要

Single-atom catalysts are considered to be one of the most promising catalysts for AOPs. However, how to design and synthesize cost-effective and highly loaded single-atom catalysts is the bottleneck limiting its development and application. In this study, we report a highly loaded single-atom iron catalyst (Fe-SAC-BC) using waste biomass as a carbon carrier to anchor Fe-N4 sites. The catalyst showed excellent catalytic performance and stability in wastewater treatment. Unlike conventional radical oxidation, the non-radical degradation process of Fe-N4 as the active site and high-valent iron-oxygen intermediates as the key active species identified by burst and probe experiments. DFT calculations and molecular dynamics simulations were applied to the catalytic mechanism of Fe-SAC-BC, in which Fe (III)-N4 is the most likely active site and Fe (IV)-OH is the most dominant active species. This study provides new strategies and understanding for the design of novel single-atom catalysts and the mechanistic probing of the non-radical pathways of AOPs.
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