物理科技生物学-PHYICA

分解“单原子”催化剂如何帮助去除有机污染物

化学 2022-10-13 00:02:44

东京城市大学 高自旋铁吡啶态通过两种不同的机制被激活,或者通过由过氧单硫酸盐产生羟基自由基,或者形成Fe(V)-O络合物

鸣谢:东京城市大学,ACS environment

(同science)科学

技术

2022,DOI: 10

1021/acs

自我提高训练法

1c05980 东京城市大学的研究人员发现了“单原子”催化剂背后的关键线索,这种催化剂基于碳矩阵中的铁-吡啶位点

他们首先开发了一种新的、简单的催化剂合成方法,这种方法可以激活过氧单硫酸盐,在分解不易生物降解的污染物方面非常有效

他们发现,由于两种不同的化学途径,“高自旋”态铁位点与催化剂性能密切相关

世界上充满了有用的合成化学品,无论是家用溶剂、药物还是肥料

但是随之而来的是我们环境中类似范围的污染物,对生态系统和我们自身的健康都有很大的危害

特别是,一类被称为“难降解”有机物的污染物尤其令人担忧

它们不容易被生物降解,并且顽固地在环境中停留很长时间

这就是废水流中有效的去除或降解策略非常重要的原因

科学家们一直在努力开发有效的催化剂,帮助分解有害的难降解污染物

一种有前途的催化剂是“单原子”催化剂(SAC),其中金属原子均匀地分散在碳原子矩阵中

铁的加入是特别有前途的,因为结果是便宜的、无毒的和非常有效的

然而,尽管在实验室中进行了演示,囊仍然很难生产,它们的工作机制仍然不清楚

制备Fe-MOF的前体,将其与三聚氰胺一起研磨

在加热到高温(煅烧)之前,将所得粉末放入惰性氮气氛中的管中

鸣谢:东京城市大学,ACS environment

(同science)科学

技术

2022,DOI: 10

1021/acs

自我提高训练法

1c05980 现在,由东京城市大学的副教授Shiro Kubuki领导的一个团队成功地开发了一种简单的方法,在碳片中引入铁-吡啶位点(铁被四个氮原子包围)来生产sac

基于高温分解,即利用热量分解和重组化学物质,研究小组将复杂三维结构的铁前体称为金属氧化物框架(MOFs),将它们与三聚氰胺一起研磨,并在惰性气氛中以超过500摄氏度的温度加热

当激活一种常见的氧化剂过氧单硫酸盐时,它们被证明可以非常有效地去除树脂和塑料中常见的化学物质双酚A (BPA)等污染物

在他们的工作中,研究小组发现用不同方法制造的催化剂有不同的功效

通过使用一种称为穆斯堡尔谱学和密度泛函理论计算的实验技术,他们研究了不同批次铁吡啶位点的状态

有趣的是,他们发现“高自旋”Fe(ii)和Fe(iii)态的存在与催化剂的有效性之间有很强的相关性

“高自旋”指的是电子填充铁周围高能轨道的特定方式;铁和周围物体之间的相互作用有助于产生“高自旋”和“低自旋”状态,它们表现不同

使用计算技术,他们第一次发现事实上有两种不同的途径,高自旋态可以帮助反应发生

Fe(ii)位点与过氧单硫酸盐强烈相互作用,产生高活性的羟基自由基;另一方面,Fe(iii)位点形成了称为Fe(V)-O复合物的基团,这反过来有助于分解有机污染物

结合机械见解和制造囊的简单方法,研究小组希望这项技术能在真正的废水处理系统和清洁环境的努力中得到更多的应用

来源:由phyica.com整理转载自PH,转载请保留出处和链接!

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