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Polarized heterogeneous CuO-CN for peroxymonosulfate nonradical activation: An enhancement mechanism of mediated electron transfer

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127619

Chemical Engineering Journal 420 (2021) 127619

简介：过氧单硫酸盐（PMS）和催化剂结合形成表面结合反应复合物是电子转移途径中的关键步骤，需要进一步探索以提高非自由基反应的速率。近日，团队的硕士研究生左诗语在Chemical Engineering Journal期刊上发表题为“Polarized heterogeneous CuO-CN for peroxymonosulfate nonradical activation: An enhancement mechanism of mediated electron transfer”的研究文章。基于实验和密度泛函理论（DFT）计算，研究提出了一种非自由基反应增强机制，即在CuO-CN异质电荷不平衡分布中引入g-C₃N₄（CN），从而增强外表面电子-贫CuO。因此，很容易偶联带负电的PMS增强非自由基活化，从而使药物的降解率提高29倍。 PMS、CuO和有机污染物相互作用的电子转移机制被认为是主要的反应途径。受益于 CuO 位点的电子转移机制，PMS/CuO-CN 系统在无机阴离子和真实水基质中，在较宽的 pH 范围 (3-11) 中表现出令人满意的双氯芬酸钠 (DCF) 去除效果。自来水、地表水和地下水）。在使用固定床反应器的连续流动反应中，可以稳定去除 90% 以上的 DCF。该工作可以加深对CuO非自由基反应增强机理的关键作用的认识，为非自由基高级氧化技术的实际应用提供参考。

Fig. 1. Optimized configurations of PMS adsorbed on (a) CuO, (b) CuO-CN, respectively; (c) charge density difference in CuO-CN; (d) Schematic diagram of possible degradation of contaminants in the PMS/CuO-CN system; (e) possible mechanism of contaminant degradation in the PMS/CuO-CN system.

　　总之，构建了一种具有贫电子CuO中心的新型CuO-CN异质结构，用于增强PMS的非自由基反应以降解水中的药物。实验和密度泛函理论（DFT）计算表明，在引入CN形成CuO-CN异质结后，由于功函数的不同，CN的电子转移到CuO上，形成极化的异质电场，从而在 CuO 表面产生一个电子贫乏点。因此，很容易将带负电的 HSO₅^- 耦合起来，以增强非自由基活化。与CuO相比，得到的CuO-CN表现出优异的PMS活化性能，对药物具有良好的降解性能。 PMS、CuO和DCF相互作用的电子转移机制被认为是主要过程。 CuO被认为是主要的活性位点。受益于 CuO 位点的电子转移机制，PMS/CuO 系统在较宽的 pH 值范围内、在无机阴离子和真实水基质（自来水、地表水和地下水）中表现出令人满意的 DCF 去除效果。在使用固定床反应器的连续流动反应中，可以稳定去除 90% 以上的 DCF。该工作可以加深对CuO非自由基反应增强机理的关键作用的认识，为非自由基高级氧化技术的实际应用提供参考。