在FeS2中掺入钴(Cobalt)能够同时促进氧气(O2)激活的两种途径:一种是涉及自由基的反应路径,另一种则不涉及自由基。钴的掺入通过形成双重活性位点来实现这一效果

《Environmental Science: Nano》:Cobalt doping of FeS2 simultaneously promotes radical and nonradical pathways of O2 activation by creating dual active sites

【字体: 时间:2025年11月16日 来源:Environmental Science: Nano 5.1

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  钴掺杂黄铁矿通过Fe和硫空位双活性位点同时促进氧气活化中的自由基(·OH)和非自由基(1O?)途径,调控电子结构使Fe d带中心上移,优化中间体吸附能,实现氯代酚类、氯代烷烃和抗生素的高效降解。

  

基于铁的材料对分子氧(O2)的活化是一种可持续的有机污染物去除策略。然而,O2活化本身存在较高的能量障碍,这限制了活性物质的生成,尤其是非自由基类物质。在本研究中,我们发现通过钴(Co)对黄铁矿(FeS2)进行掺杂可以显著增强O2的活化过程,包括自由基和非自由基两种途径,这是因为掺杂后形成了双重活性位点。具体来说,淬火实验和理论计算表明,铁原子是羟基自由基(·OH)生成的主要位点。钴的掺杂使铁的d带中心向费米能级移动(从-2.02 eV变为-1.63 eV),从而促进了·OH的生成。同时,电子顺磁共振光谱结果表明,钴的掺杂还促进了硫空位(SVs)的产生,这些硫空位可作为单线态氧(1O2)的生成位点。Fe位点和SV位点上O2转化途径的不同归因于这些位点对OOH中间体的吸附亲和力差异。通过调节钴的掺杂量,可以调控这两种途径的相对贡献,从而有效降解多种污染物,包括氯化酚类、氯化脂肪烃和抗生素。这项工作揭示了一种通过双重活性位点调控O2活化过程中自由基和非自由基生成途径的催化机制,并为通过高级氧化过程设计用于环境修复的O2活化材料提供了指导。

图形摘要:钴对FeS2的掺杂通过形成双重活性位点同时促进了O<sub>2</sub>的自由基和非自由基活化途径
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