氮杂质缺陷碳助催化剂增效类芬顿反应过程机制

本研究以ZIF-8为模板制备了一系列氮掺杂碳材料,分析其对Fe^(3+)/H_(2)O_(2)体系的助催化性能与作用机制。使用X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪等手段,对助催化剂物相、形貌特征以及化学组分进行了详细分析。结果表明,所制备的助催化剂具有丰富的吡啶氮类杂质缺陷点位,且缺陷丰度随助催化剂制备温度的升高而下降;污染物降解实验表明,助催化剂的投加可显著增强Fe^(3+)向Fe^(2+)的还原,从而强化芬顿氧化体系对共存有机物的降解性能;顺磁共振分析、活性物种淬灭与电化学等实验表明,反应体系中共存有·OH、·O_(2)^(-)、^(1)O_(2)等活性物种,其中,·OH对共存污染物的降解起主导作用;通过X射线光电子能谱分析与量子化学计算对助催化过程机制进行了详细分析,结果表明,芬顿反应过程中失活催化组分(Fe^(3+))在助催化剂氮缺陷处的吸附伴随了由助催化剂向吸附态Fe^(3+)的电子传递过程,是Fe^(2+)再生的主要原因。以上研究结果可为缓解芬顿反应中Fe^(3+)/Fe^(2+)循环效率低的关键问题提供全新的思路,对碳基环境功能材料与芬顿氧化技术的耦合与应用可提供数据支撑。

氮掺杂碳催化剂活化过一硫酸盐的活性位点分析及其对双酚A的降解机制

为了探究氮掺杂碳催化剂中不同类型缺陷点位在活化过一硫酸盐((PMS))时的反应活性,以碳黑和二氰二胺混合物为前驱体,通过热解得到了一系列不同氮掺杂量的碳催化剂(CN_(x)),并对所制备催化剂的缺陷度、化学组分以及PMS活化性能进行了研究。结果表明,增加碳催化剂中的高活性氮杂质缺陷点位可有效促进催化剂的PMS活化性能;不同本征缺陷点位对PMS活化性能也表现出显著差异。活性物种淬灭实验、顺磁共振分析和电化学分析等结果表明,CN_(x)/PMS体系对双酚A(BPA)的降解过程遵循以单线态氧(^(1)O_(2))为主导的非自由基途径,催化剂表面的电子传递机制也有一定贡献。以上研究结果可为识别氮掺杂碳催化剂中的活性点位和高活性催化剂的定向合成提供参考。