文献信息：

Revealing the synergistic mechanism of the generation, migration and nearby utilization of reactive oxygen species in FeOCl-MOF yolk-shell reactors

https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.119631

Water Research, 2023, DOI: 10.1016/j.watres.2023.119631

简介：在1894年Fenton的开创性研究为使用Fe（II）和H₂O₂生产强氧化剂（·OH）打开了大门（Fenton 1894， Yang et al. 2019）。其衍生的Fenton和Fenton-like反应已被用于传感、分子合成和环境修复等各个领域。由于化学品、药物和内分泌干扰物等有机物普遍使用，其造成的水污染已成为对人类健康和生态安全的重要威胁。虽然已经开发了各种先进的铁基催化剂来活化H₂O₂，但其有效氧化剂利用率低、·OH 利用率和窄 pH 适用性等局限性使其远非令人满意。因此，设计具有足够活性的新型催化体系以克服H₂O₂和·OH有效利用率低的缺陷极具吸引力，这对于在复杂水环境中有效处理痕量的有毒有机污染具有重要意义。在这里，李东亚团队在《Water Research》期刊上发表了题为“Revealing the synergistic mechanism of the generation, migration and nearby utilization of reactive oxygen species in FeOCl-MOF yolk-shell reactors”的研究文章。在这项研究中，首次通过原位生长将 FeOCl 封装在金属有机框架（MOF）（拉瓦锡-101 研究所材料（MIL-101(Fe)））中作为蛋黄壳反应器（FeOCl-MOF）实现·OH 的高效利用和水资源的协同净化。

Fig. 1. (a) Schematic diagram of the preparation of FeOCl-MOF; (b) XRD of FeOCl, MOF and FeOCl-MOF; SEM of (c) FeOCl, (d) MOF and (e) FeOCl-MOF; (f) TEM and (g) HR-TEM of FeOCl-MOF; (h) FTIR of FeOCl, MOF and FeOCl-MOF; (i) synchronous and (j) asynchronous spectra of 2D-FTIR-COS.

Fig. 2. (a) DOS of FeOCl, MIL-101 and FeOCl-MOF; (b) illustration of d-band and catalyst-adsorbate bond; (c) H₂O₂ adsorption on MIL-101; (d) differential charge density of H₂O₂ on FeOCl-MOF; (e) possible reaction mechanism.

这项工作首次通过FeOCl原位生长封装在金属有机框架（MOF）中作为蛋黄壳反应器（FeOCl-MOF）。FeOCl与MOF之间的相互作用不仅增加了FeOCl的电子密度，而且使d带中心下移。FeOCl电子密度增加可以促进H₂O₂向·OH转化。并且d带中心向较低能级偏移有利于·OH解吸附和释放。实验和理论计算表明，较高的催化性能归因于独特的蛋黄壳结构，将催化和吸附位点集中在一个限域空间内，以及电子密度和d带中心的改善，以实现·OH高效生成、快速解吸和就近利用。其利用表面MOF吸附有机污染物，从而大大提高了H₂O₂和·OH有效利用率（从25.5%（Fe²⁺/H₂O₂）到77.1%（FeOCl-MOF/H₂O₂））。此外，还构建了连续流反应器，以实现有机污染物的连续安全处理。这项工作提供了一种Fenton-like微反应器，用于高效生成、快速解吸和就近利用·OH来改善复杂环境中的水净化技术。