Исследование было опубликовано в Separation and Purification Technology.
Исследовательская группа под руководством профессора Конга Линтао из Института физических наук Хэфэй Китайской академии наук предложила стратегию предварительной сборки для закрепления отдельных атомов на нанолистах нитрида углерода. Они подготовили серию фентоноподобных катализаторов с одним атомом нитрида углерода для разложения тетрациклиновых загрязнителей в воде, которые увеличили каталитическую активность на один-два порядка.
Процесс, подобный Фентону, представляет собой реакцию с преобладанием радикалов. H2O2 и пероксимоносульфат (PMS) являются двумя широко используемыми окислителями, подобными Фентону, и сокращение расстояния миграции реактивных частиц до молекул загрязняющих веществ желательно для повышения производительности, поскольку реактивные частицы, образующиеся при активации H2O2 и PMS, имеют очень короткий период полураспада.
Одноатомные материалы обладают лучшим активирующим действием на окислители. Благодаря организованной структуре нанолистов, настраиваемой площади поверхности, благоприятной биосовместимости и высокой стабильности в суровых условиях графитовый нитрид углерода (CN) может служить многообещающим опорным материалом для ограничения радикалов.
В то же время его обильный азот может обеспечить идеальные места для встраивания ионов металлов, образуя уникальные координационные структуры и электронные конфигурации. Следовательно, иммобилизация атомов металла на нанолистах из нитрида углерода может ограничивать свободные радикалы вблизи загрязняющих веществ и улучшать каталитическую эффективность Фентона.
В этом исследовании ученые предложили стратегию предварительной сборки пиролитической координационной полимеризации с широким спектром универсальности. Они закрепили отдельные атомы на нанолистах нитрида углерода и продемонстрировали универсальность катализа, подобного Фентону.
В качестве доказательства концепции SA-Cu-CN был выбран в качестве модельного материала для разложения тетрациклина (TC) и механистической разработки. Фентон-подобная каталитическая активность SA-Cu-CN может быть на один-два порядка выше, чем у контрольных материалов.
По мнению исследователей, в каталитической системе генерация гидроксильных и сульфатных радикалов играет решающую роль в деградации тетрациклина. Сочетая сверхэффективную жидкостную хроматографию с тандемным масс-спектрометрическим анализом с теоретическими расчетами дискретного преобразования Фурье, были проанализированы и охарактеризованы пути разложения и токсичность продукта антибиотика. Катализатор типа SA-Cu-CN, подобный Фентону, продемонстрировал большую способность к глубокой очистке от органических загрязнителей.
Кроме того, одним и тем же методом получения был синтезирован ряд одноатомных катализаторов, таких как SA-Fe-CN, SA-Co-CN и SA-Mn-CN. Все они показали хорошую фентоновскую каталитическую активность. По словам Янга Дандана, первого автора исследования, это исследование имеет большое значение для разработки катализаторов, подобных Фентону, и их применения в очистке воды.
