石墨烯材料具有獨特的物理和化學性質,在能源、催化和環境等領域有廣闊的應用前景。近年來,鐵基磁性納米粒子因其價格低廉、可磁性分離、催化活性好等優點而被用于設計和制備非均相類Fenton催化劑。經典的芬頓 Fenton (Fe2+/H2O2) 反應可以產生高活性的羥基自由(?OH),然而它在降解有機污染物的應用中,由于催化劑很難進行回收再利用以及反應后產生大量的鐵污泥需要進一步處理等問題而受到一定限制。
近日,中國科學院新疆理化技術研究所資源化學研究室研究員張亞剛帶領其團隊將Fe0和Fe3O4 在納米尺度同時均勻地負載到了還原氧化石墨烯(RGO)上,得到了可磁性分離、催化活性高,可多次重復利用的納米催化劑(Fe0/Fe3O4-RGO),并將其作為非均相類Fenton催化劑用于降解水相中苯酚污染物。
在前期的研究工作中,張亞剛團隊通過探究氧化石墨烯的還原過程,并將其進行磁功能化,制備了不同還原程度的磁性還原氧化石墨烯材料,用于污染物雙酚A的吸附,并揭示了氧化石墨烯的還原程度對雙酚A的吸附動力學和吸附容量的影響。
在此基礎上,為了能在催化過程中實現催化劑可多次重復利用,科研人員以石墨烯為載體,在納米尺度下將Fe0和Fe3O4 均勻負載到石墨烯上,制備了納米鐵基/石墨烯類芬頓催化劑(Fe0/Fe3O4-RGO),將其用于催化降解水中苯酚污染物。實驗結果表明,所制備的納米催化劑 Fe0/Fe3O4-RGO 具有優異的催化活性,30分鐘即可將苯酚100%降解,催化劑具有優異穩定性,并且可以多次重復利用,五次催化循環后其對苯酚的去除效率依然可以達到93%。此外,催化劑也可簡單快速地進行磁分離。
科研人員還揭示了納米鐵基/石墨烯類芬頓催化劑(Fe0/Fe3O4-RGO)獨特的催化機理。該催化機理以Fe0/Fe3O4/RGO 協同作用使≡Fe2+ 再生恢復為核心。Fe0納米顆粒和Fe3O4 納米顆粒在納米尺度被均勻地分散在RGO上,使更多的活性位點暴露于載體的表面。而RGO作為電子轉移介質可以有效促進電子由Fe0 轉移給Fe3O4使得≡Fe2+得到再生。苯酚分子與RGO之間的π-π作用使得苯酚分子可以有效地吸附在催化劑表面,增加了苯酚分子與?OH接觸的幾率。基于這些因素,使得Fe0/Fe3O4-RGO 具有優異的類Fenton催化活性。
相關研究成果已申報中國發明ZL,并于近期發表在RSC Advances上。這種可磁分離、高催化活性、可多次重復利用的納米催化劑的設計,為采用類芬頓反應氧化降解有機污染物催化劑的設計提供了一種新的設計思路。
該研究工作得到國家自然科學基金、“千人計劃”、新疆青年科技創新人才-杰出青年科學基金等項目的支持。
近日,中科院大連化物所氫能與先進材料研究部碳資源小分子與氫能利用研究組(DNL1905組)孫劍研究員與內蒙古大學劉健教授等合作,發表了調控二氧化碳(CO2)加氫產物選擇性的催化劑設計綜述性文章,系統總......
氫能被認為是未來全球能源體系的重要支柱。高效、穩定、低成本的氫能生產已成為能源科技發展的關鍵挑戰。近日,中國科學院大學教授周武團隊與北京大學教授馬丁團隊合作,在《自然》(Nature)上發表了題為Sh......
因為燃燒后僅生成水,氫氣曾被視為實現碳中和目標的理想能源。然而,目前全球約96%的氫氣生產仍依賴化石燃料。每生產1噸這種“灰氫”,就伴隨著十余噸二氧化碳排放。氫氣的“清潔能源”標簽及其原本承載的碳中和......
氫能被認為是未來全球能源體系的重要支柱,高效、穩定、低成本的氫能生產已成為能源科技發展的關鍵挑戰。近日,中國科學院大學周武教授團隊與北京大學馬丁教授團隊合作,在《自然》雜志發表研究成果論文,報道了一種......
圖(a)DNTs-Cu的畸變納米孿晶結構;(b)DNTs-Cu的析氫催化性能;(c)DNTs-Cu的催化穩定性;(d)DNTs-Cu與其他已報道Cu基催化劑的催化性能對比在國家自然科學基金項目(批準號......
近日,中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心研究員王輝與張欣課題組合作,依托穩態強磁場實驗裝置電子順磁共振測量技術,研發出新型碳包覆鐵酸鎳納米催化劑(NFN@C),并發現NFN@C在抗腫瘤治療方面......
來自英國諾丁漢大學和伯明翰大學的合作團隊研發出一種可持續催化劑。這種催化劑在使用過程中活性會增強,能將二氧化碳(CO2)轉化為高價值產品。這一成果為設計下一代電催化劑提供了新途徑。相關論文發表在10日......
1月21日,記者從廈門大學了解到,該校能源學院卜令正副教授、鄭志鋒教授團隊在直接甲酸燃料電池催化劑研究中取得新進展,相關成果發表在國際期刊《自然·通訊》上。燃料電池作為一種將化學能直接轉化為電能的裝置......
1月21日,記者從廈門大學了解到,該校能源學院卜令正副教授、鄭志鋒教授團隊在直接甲酸燃料電池催化劑研究中取得新進展,相關成果發表在國際期刊《自然·通訊》上。燃料電池作為一種將化學能直接轉化為電能的裝置......
記者5日獲悉,來自安徽工業大學等單位的科研人員設計了一種通過界面錨定策略精準調控單原子之間距離的通用方法,并利用該方法成功開發出新型高效催化劑——雙原子鐵催化劑。該催化劑在鋅-空氣電池中表現優異,性能......