近日，我校材料与化学学院廉孜超特聘教授在国际化学领域顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed(德国应用化学)上发表了题为“原子分散Ag-Co光催化剂介导的光自芬顿反应对有机污染物的高效降解”(Photo-self-Fenton Reaction Mediated by Atomically Dispersed Ag-Co Photocatalysts toward Efficient Degradation of Organic Pollutants)的重要研究成果。廉孜超特聘教授为第一作者(唯一)，与上海电力大学校长李和兴教授同为通讯作者，上海理工大学为第一通讯单位。
有机工业废水的处理，关系到人类健康和社会可持续发展。对有机废水中的有毒有害的有机污染物进行高效处理，是该领域的重要主题。目前，传统的Fenton反应被广泛应用于有机废水的处理，其主要利用Fe2+与H2O2之间的氧化还原反应产生高氧化性能的活性氧物种(ROS)，从而降解污染物。然而，由于缺乏有效的降解途径和活性位点的有效选择，光化学选择性氧化污染物并使其完全矿化，仍存在着巨大挑战。
通过原位生成H2O2来构筑光Fenton催化反应，为污染物处理提供了一条有效路径。为此，廉孜超等人使用高密度(Ag: 22 wt.%)原子分散的AgCo双位点嵌入石墨相氮化碳(AgCo-CN)光催化剂，提出了一种高效的光自Fenton反应，用于降解污染物。如图1所示，AgCo-CN中的Ag和Co双位点分别在加速光诱导电荷分离和形成自Fenton氧化还原中心方面起着关键作用，AgCo-CN具备有效的降解途径，活性氧(·OH和1O2)的协同作用实现了苯酚的完全矿化，AgCo-CN表现出优异的光催化降解性能和长期活性。该研究为设计高效的光催化剂光自Fenton反应奠定了基础，对于开发新型污水处理方法具有重要的借鉴意义。
图1. AgCo-CN光催化降解机理图
图2展示了部分实验结果。研究表明，Ag作为电子储层，有利于实现有效的光诱导电荷分离；调整Ag: Co摩尔比，发现Ag3Co2-CN在可见光下产生H2O2的量为最高(图2a)。对比了在3h反应条件下不同光催化剂的苯酚降解率(图2b)，发现相较于CN、Co-CN及Ag-CN，AgCo-CN的苯酚降解率高达94%，分别为Co-CN、Ag-CN的1.8倍和1.2倍，并确定了相应的苯酚降解动力学(图2c)。进一步测试了光催化稳定性(图2d)，发现经过5个循环之后，AgCo-CN光催化降解苯酚的活性基本保持不变，展现了优异的循环稳定性。此外，AgCo-CN可使苯酚完全矿化(反应7 h为97%)，生成CO2和H2O (图2e)。基于实验结果与理论计算阐明了相关机理(图1)，表明Ag和Co分别作为光生电子分离位点和芬顿反应的中心，羟基自由基(·OH)和单线态氧(1O2)的协同作用在降解污染过程中起到主要作用。
图2.光催化降解苯酚的部分实验结果
详细的实验结果与分析可参考原文
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202318927
课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/Lian_Zichao
作者介绍：
廉孜超，上海理工大学特聘教授，上海市海外高层次人才、上海市东方学者特聘教授、浦江人才和日本JSPS特别研究员，独立课题组PI。以第一作者或通讯作者发表SCI论文26篇，包括Nat. Sustain.、Nat. Commun.、JACS（2篇）、Angew、Appl. Catal. B-Environ.（5篇）、Adv. Funct. Mater.（4篇）、Chem Catalysis、ACS Nano等，共发表SCI论文39篇。获上海市自然科学二等奖，主持国家自然科学基金项目1项、上海市人才项目2项和上海市基金2项等。