文章亮点:
(1)CuNi-C/Air系统在吸附和氧化方面表现出广泛的pH适应性(3-10)。
(2)空气中的O2在CuNi-C表面通过自由基和非自由基途径被激活。
(3)O2-是在Cu(0)表面激活的O2产生的最主要的ROS。
(4)CuNi-C介导的电子转移导致了氧气的非自由基活化。
(5)掺杂N、O的石墨碳为介导的电子转移提供了活性位点。
摘要图文:
摘要详文:
(1)这项工作通过热解金属有机框架(MOFs),成功地合成了一种具有高比表面积和Cu(0)粒子封装在分层介孔结构(CuNi-C)的优秀催化剂。
(2)CuNi-C对盐酸四环素(TC)的氧化降解表现出很高的吸附效率和很好的催化性能,通过激活溶解氧(DO),具有很宽的pH适应性(3-10),同时也有很好的回收性能。
(3)通过无机阴离子的影响、淬火实验、电子顺磁共振(EPR)技术和电化学测试(CV、LSV和OCP)证实,CuNi-C/Air系统的出色氧化效果是自由基(-O2-)和非自由基途径(介导的电子转移)的功劳。
(4)包括HRTEM、HAADF-STEM、XPS和FTIR在内的表征表明,包裹在外层石墨碳中的Cu(0)颗粒可以将DO转化为-O2-和H2O2。研究还表明,掺杂N、O的石墨碳框架提供了主要的活性位点(-OH基、石墨N和吡啶N),作为稳定CuNi-C表面的氧和TC的强大平台,这是启动电子转移的非放射性过程的关键步骤。
(5)总的来说,这项工作为有机污染物的分解提供了一种简便而有效的方法。
文章内容:
(1)在这项工作中,通过与HKUST-1类似的方法制备了浸渍镍的Cu-MOF前体。然后,在氮气环境下,将所制备的前驱体进一步高温煅烧,得到由分层介孔石墨(CuNi-C)包裹的Cu(0)颗粒。
(2)本文将对以下问题进行研究。(I)通过对盐酸四环素(TC)的降解,评估了所制备的CuNi-C对溶解氧的活化性能;(II)采用淬火实验和EPR来识别氧活化过程中产生的ROS;(III)采用各种表征技术来探索主要活性位点。(IV)结合循环伏安图(CVs)、线性扫频伏安图(LSVs)、开路电位(OCP)测量,提出了TC去除过程中涉及的氧化和吸附机制。
文章结论:
(1)综上所述,通过热解双金属CuNi-MOF前驱体,成功合成了金属基碳催化剂(CuNi-C),获得了包裹在石墨碳中的活性Cu(0)物种和分层的多掺杂介孔碳结构。
(2)CuNi-C上出色的吸附和氧活化导致了高效的TC去除,并且在广泛的pH值(3-10)和四次循环实验中保持了良好的性能,这表明CuNi-C在TC去除方面有很大的应用潜力。
(3)此外,淬火实验、EPR、CV、LSV和OCP的结果验证了生成的O2-和介导的电子转移通过自由基和非自由基途径引起了TC的氧化降解。
(4)实验证明,主要的活性Cu(0)物种作为还原剂将溶解的氧气转化为H2O2和-O2-,而N、O掺杂的介孔石墨碳创造了涉及-OH基、石墨和吡啶N物种的活性位点,这被认为是稳定CuNi-C表面的氧气和TC的功劳,有利于CuNi-C介导的电子转移。
(5)到目前为止,CuNi-C/空气系统的反应条件温和,不需要额外的化学氧化剂和能量输入,对pH值的适应性广,可重复使用性强,使其成为有机污染物去除的高效便捷的AOPs技术。
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