近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所能源研究技術(shù)平臺(tái)穆斯堡爾譜研究組研究員王軍虎團(tuán)隊(duì)，通過(guò)可見(jiàn)光照實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋅鐵雙氧化物類(lèi)芬頓催化劑反應(yīng)機(jī)理的有效調(diào)控，為多相催化劑在類(lèi)芬頓反應(yīng)中反應(yīng)路徑從自由基到非自由基的轉(zhuǎn)變提供了新策略。
大連化物所提出可見(jiàn)光照對(duì)鋅鐵雙氧化物類(lèi)芬頓催化劑反應(yīng)路徑的調(diào)控新策略
各種無(wú)機(jī)陰離子或高濃度有機(jī)物對(duì)類(lèi)芬頓反應(yīng)中自由基基團(tuán)的猝滅，限制了其在工業(yè)應(yīng)用中的價(jià)值。非自由基主導(dǎo)的體系可以有效地克服上述限制，在廣泛存在的水中基質(zhì)干擾下，對(duì)污染物的降解表現(xiàn)出高活性。因此，開(kāi)發(fā)價(jià)格低廉、環(huán)境友好的非自由基主導(dǎo)的類(lèi)芬頓催化劑是目前研究的重點(diǎn)之一。
本工作中，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)在環(huán)境氣氛下煅燒Zn1-xFex-Fe普魯士藍(lán)類(lèi)似物，制備了一系列Zn-Fe雙氧化物；通過(guò)穆斯堡爾譜并結(jié)合其它各種常規(guī)表征，揭示了樣品ZFO-1和4由納米復(fù)合的ZnFe2O4和ZnO組成，而ZFO-2和3由ZnFe2O4和Fe2O3組成。研究發(fā)現(xiàn)，在可見(jiàn)光和過(guò)氧單硫酸鹽（PMS）共存的條件下，以及在高濃度天然有機(jī)物腐殖酸、各種無(wú)機(jī)離子和模擬實(shí)際廢水體系中，Zn-Fe雙氧化物僅浸出微量鐵，對(duì)各種有機(jī)污染物的氧化去除表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。在可見(jiàn)光照下，Zn-Fe雙氧化物顯示出不同于以往自由基機(jī)理的類(lèi)芬頓催化劑的性能，對(duì)各種離子以及腐殖酸表現(xiàn)出良好的抗性，說(shuō)明可見(jiàn)光照對(duì)其類(lèi)芬頓反應(yīng)的發(fā)生發(fā)揮著重要的作用。
以上對(duì)比實(shí)驗(yàn)以及自由基捕獲實(shí)驗(yàn)和電子順磁共振譜結(jié)果顯示，光誘導(dǎo)的電子和空穴可以觸發(fā)PMS的高效活化，從而在Zn-Fe雙氧化物上，將反應(yīng)路徑從暗箱條件下的自由基主導(dǎo)路徑轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)光照條件下的單線態(tài)氧（1O2）主導(dǎo)的非自由基路徑。該工作為利用太陽(yáng)能調(diào)節(jié)基于PMS的高級(jí)氧化工藝中的自由基和非自由基路徑提供了新策略。
相關(guān)研究成果以“Modulation of reaction pathway of Prussian blue analogues derived Zn-Fe double oxides towards organic pollutants oxidation”為題，發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。該工作的第一作者是大連化物所博士研究生張亮。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院國(guó)際伙伴計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
相關(guān)鏈接: https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140103
