原子分散Ag-Co光催化剂介导的光自芬顿反应对有机污染物的高效降解

注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

有机废水的处理已成为关系到现代社会可持续发展和人类生存的重要问题。废水中的有机污染物具有顽固性、持久性和毒性，因此其处理成为环境研究中最迫切的目标之一。近日，上海理工大学廉孜超（点击查看介绍）课题组在Angew. Chem. Int. Ed发表论文，报道了原子分散Ag-Co光催化剂介导的光自芬顿（Fenton）反应对有机污染物的高效降解。

有机废水的处理已成为关系到现代社会可持续发展和人类生存的重要问题。废水中的有机污染物具有顽固性、持久性和毒性，因此其处理成为环境研究中最迫切的目标之一。Fenton于1894年提出的Fenton反应，利用Fe²⁺和H₂O₂之间的氧化还原，产生强活性氧 (ROS)，用于降解污染物，已被广泛应用。此外，由于缺乏有效的降解途径和活性位点的有效选择，光催化的光化学选择性氧化使污染物完全矿化也是一个艰巨的挑战。因此，通过原位生成H₂O₂来构建光Fenton催化是解决污染物处理问题的迫切需要。

作者提出了一种高效的光自Fenton反应，用于降解不同的污染物，使用高密度 (Ag: 22wt %) 原子分散的AgCo双位点嵌入石墨相氮化碳 (AgCo-CN)。综合实验测量和密度泛函理论 (DFT) 计算表明，AgCo-CN中的Ag和Co双位点分别在加速光诱导电荷分离和形成自Fenton氧化还原中心方面起着关键作用。双金属AgCo-CN具有高效的降解途径和原位生成过氧化氢和主要活性氧 (•OH和¹O₂)，即使在极端条件下也能对苯酚表现出优异的光催化降解性能，并在自行设计的光滤反应器中表现出长期的光催化活性。这些发现为设计高效的单原子光催化剂光自Fenton反应来处理难降解污染物铺平了道路。

图1. AgCo-CN光催化降解机理

这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Photo-self-Fenton Reaction Mediated by Atomically Dispersed Ag–Co Photocatalysts toward Efficient Degradation of Organic Pollutants

Zichao Lian*, Fangfang Gao, Han Xiao, Di Luo, Mengyuan Li, Duoduo Fang, Yupeng Yang, Jiangzhi Zi, Hexing Li*

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202318927

廉孜超博士简介

上海理工大学材料与化学学院化学系特聘教授，上海市高层次人才、上海市东方学者特聘教授、浦江人才和日本JSPS特聘研究员，独立课题组PI。主要研究领域：光生电荷调控用于光催化或光电催化环境污染控制界面化学。至今共发表SCI论文39篇，以一作或通讯作者发表SCI论文26篇，包括Nat. Sustain.、Nat. Commun.、JACS（2篇）、Angew、Appl. Catal. B-Environ.（5篇）、Adv. Funct. Mater.（4篇）、Chem Catal.、ACS Nano等，IF>10的19篇，论文他引1600多次，3篇曾为ESI论文，获JACS、JPCC等封面文章，获上海市自然科学二等奖，主持国家自然科学基金项目1项、上海市人才项目2项和上海市基金2项等，获授权专利6件。JACS、Angew等特邀审稿人。

https://www.x-mol.com/groups/Lian_Zichao 

科研思路分析

1. 本工作利用煅烧超分子前驱体制备了高负载量的Ag, Co单原子负载的氮化碳（AgCo-CN）,该催化剂有电荷传输能力强且能带结构易于调控等优点，实现了高效光催化降解有机污染物。

2. 本工作以最高负载(Ag: 22wt %)的原子分散的Ag - Co掺杂在g-C₃N₄(AgCo-CN)中作为典型模型，通过Ag,Co双金属有效的光生电荷转移和氧化还原活性位点的协同作用，研究了所提出的光-自Fenton反应对不同污染物的降解。

3. 本文结合一系列实验表征与理论计算结果证明，AgCo-CN中的Ag和Co双金属位分别在加速光诱导电荷分离和形成自Fenton氧化中心方面起着关键作用。双金属AgCo-CN对苯酚具有良好的光催化性能，即使在极端条件下也具有良好的降解途径和过氧化氢的原位生成，产生主要的活性氧(•O和¹O₂)，并在自行设计的光滤反应器中表现出长期的降解活性，用于苯酚的净化。