錨定在 Ti
3C
2 基 MXene（即 Co-SA/MXene）上的鈷原子在消除水性微污染物方面具有優(yōu)異的催化性能。在此，作者首次提出了一種蝕刻-剝離-還原的耦合方法來(lái)富集鈦空位。合成的 Co-SA/MXene 對(duì)雷尼替丁的去除率高達(dá) 100%，相應(yīng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)（μmol/s-g）是雷尼替丁降解技術(shù)水平的 1.11 至 6643.53 倍。大量鈦空位的引入通過(guò)加速 Co(II) 和 Co(III) 的價(jià)態(tài)循環(huán)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)壽命，同時(shí)還有效抑制了有毒 Co
2+的浸出。DFT 揭示了 O
II/O
III雙原子更適合吸附 PMS，同時(shí)提供更強(qiáng)的吸附能，并進(jìn)一步為 PMS 激活機(jī)制中
1O
2的選擇生成提供了新的見(jiàn)解。這項(xiàng)工作揭示了雷尼替丁的氧化行為，并為快速去除水體微污染物建立了一種極具吸引力的水處理技術(shù)。
Fig 1. (a) Co-SA/MXene 的合成示意圖。(b) Co-SA/MXene 的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像，(c) 和 (d) 高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）圖像。(e)和(f)選區(qū)電子衍射（SAED）圖案和優(yōu)化結(jié)構(gòu)（圖 1f 插圖），以及(g)Co-SA/MXene 的代表性強(qiáng)度曲線。(h) Co-SA/MXene 的能量色散 X 射線映射，包括 (i)Ti、(j)C、(k)O 和 (l)Co。
Fig 2. （a）MAX 相、Ti
3C
2基 MXene 和 Co-SA/MXene 的 XRD 圖和（b）傅立葉變換紅外光譜。(c) Ti
3C
2-based MXene 和 Co-SA/MXene 的拉曼光譜。Co-SA/MXene 的 (d) Ti 2p，(e) O 1 s XPS 光譜。 (f) Co-SA/MXene 和對(duì)照樣的 Co K-edge 的歸一化 XANES 光譜。(g) Co-SA/MXene 和對(duì)照樣的 Co K-edge FT-EXAFS 光譜。(h) R 空間中 Co-SA/MXene 的 Co K-edge EXAFS 擬合曲線（插圖：Co-SA/MXene 的可能結(jié)構(gòu)），以及 Co-SA/MXene 的 FT-EXAFS 光譜的第一、二殼（O、Ti）擬合結(jié)果。(i) Co-SA/MXene、(j) Co 箔、(k) CoO、(l) Co
2O
3和 (m) Co
3O
4的小波變換。
Fig 3. (a) 不同反應(yīng)體系中 RAN 的降解實(shí)驗(yàn)。(b) 不同劑量下 Co-SA/MXene 激活的 PMS 對(duì) RAN 降解的表觀速率常數(shù)的比較。(c) PMS 劑量對(duì) RAN 降解表觀速率常數(shù)的影響。(d) 初始 pH 值對(duì) RAN 降解的影響。(e) Co-SA/MXene 的ζ電位測(cè)試。(f) 通過(guò) H
+攻擊 Co-SA/MXene 生成 Co
2+的示意圖。(g) 用于估算活化能的阿倫尼烏斯圖（藍(lán)色區(qū)域?yàn)?95%置信區(qū)間）。(h) 不同技術(shù)下 RAN 去除動(dòng)力學(xué)的比較。(i) 不同無(wú)機(jī)陰離子在 Co-SA/MXene 和 PMS 非均相反應(yīng)體系中對(duì) RAN 降解的影響（這些無(wú)機(jī)陰離子的濃度為 200 mM）。
Fig 4. (a) 使用 DMPO 作為 SO
4?-和?OH 的捕獲劑以及 TEMP 作為
1O
2的捕獲劑的 Co-SA/MXene 和 PMS 系統(tǒng)的 EPR 光譜。(V
DMPO= 50 μL, V
sample= 2 mL, [DMPO]
0= 0.1 M, [TEMP]
0= 0.5 M) (b) 在各種淬滅條件下 RAN 去除效率的比較。(c
1) Ti
3C
2-基 MXene 和(c
2) Co-SA/MXene 的優(yōu)化結(jié)構(gòu)和 ESP 圖。(d) Ti
3C
2-基 MXene 和 Co-SA/MXene 的 2D ELF 圖像。
Fig 5. (a) Co-SA/MXene 和(b) Ti
3C
2基 MXene 的 PDOS。(c) PMS 分子的理論結(jié)構(gòu)模型及其在 Co-SA/MXene 上的三種優(yōu)化吸附構(gòu)型。(d) PMS 分子在 Co-SA/MXene 上通過(guò)分子結(jié)構(gòu)中不同 O 原子（即 O、O
II和 O
III）的吸附能（E
ads）。(e) PMS 通過(guò) O
II和 O
III原子吸附在 Co-SA/MXene 上的電荷密度差（CDD）圖。(f) PMS 分子在 Co-SA/MXene 上的活化過(guò)程的勢(shì)能剖面。
Fig 6. (a) RAN 的優(yōu)化模型及其對(duì)應(yīng)的 HOMO 和 LUMO。(b) RAN 在 Co-SA/MXene 和 PMS 系統(tǒng)中的可能降解途徑及其已識(shí)別的中間體。(c) RAN 及其中間體在 Co-SA/MXene 和 PMS 系統(tǒng)中的毒性評(píng)估。(d) Co-SA/MXene 在不同實(shí)際水體中對(duì) RAN 降解的應(yīng)用。(e) Co-SA/MXene 和 PMS 系統(tǒng)中染料和抗生素的降解。除所研究的參數(shù)外，其他參數(shù)固定：[微污染物]
0= 3 mg/L，[Co-SA/MXene]
0= 25 mg/L，[PMS]
0= 50 mg/L，[pH]
0= 7.0，反應(yīng)溫度為 25 ℃。
相關(guān)研究工作由河北大學(xué)Yiyang Ma團(tuán)隊(duì)于2024年在線發(fā)表在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》期刊上，Ti
3C
2-based MXene anchoring single-atom Co as a long-lasting peroxymonosulfate activator enabling efficient water decontamination：Deciphering the critical role of titanium vacancies，原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124966
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
