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Enhanced PMS activation by surface electronic reconstruction at Co3O4/ZnO heterointerface: Performance and mechanism

催化作用 电子转移 化学 煅烧 罗丹明B X射线光电子能谱 化学工程 材料科学 光催化 光化学 有机化学 工程类
作者
Hang Zhang,Shuo Chen,Liyu Ran,Hongtao Yu
出处
期刊:Chemical Engineering Research & Design [Elsevier BV]
卷期号:171: 330-340 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.psep.2023.01.029
摘要

Peroxymonosulfate (PMS) activation is regarded as a powerful method for eliminating refractory organic pollutants. A PMS catalyst with a rapid electron-transfer capability is vital for the generation of active species. Herein, an efficient Co3O4/ZnO catalyst with abundant Co3O4-ZnO heterointerface is synthesized by calcining Zn3[Co(CN6)]2 prussian blue analogues. Such a heterointerface can induce electron redistribution due to different work function between Co3O4 and ZnO, as confirmed by XPS characterization. Owing to the electron redistribution at Co3O4-ZnO heterointerface, a faster electron-transfer between catalyst and PMS is achieved, as proved by electrochemical studies. A series of controlled experiments, characterization and density functional theory calculation suggest that the fast electron transfer benefits from the enhanced electron-donating ability of Co(II) and the increased active sites (oxygen vacancy). Therefore, Co3O4/ZnO-3 shows superior catalytic activity toward PMS than Co3O4. The pseudo-first-order kinetic constant for phenol degradation by Co3O4/ZnO-3 (0.31 min–1) is 4 times higher than that of Co3O4. Besides, other refractory organic pollutants including bisphenol A, sulfamethoxazole, ibuprofenand and rhodamine B could also be degraded effectively by Co3O4/ZnO-3 system. This study highlights how the interface design can optimize the electronic structure for enhanced catalytic activity and provides a new strategy to develop efficient PMS catalyst.
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