ACS Catal.: 通过多孔工程和掺杂策略调控石墨烯上的自由基/非自由基途径

由于有机污染物对人类健康的急性或持续性毒性，由有机污染物引起的水污染已引起前所未有的关注。多种有机污染物由于其化学惰性和高毒性，在自然系统中不易降解。高级氧化工艺(AOPs)在水修复中得到了广泛应用。金属基催化剂非常有效，但潜在的二次污染和后处理限制了它们的实际应用。除金属离子和金属氧化物外，氮掺杂碳材料还对AOPs表现出显着的催化活性。

有鉴于此，天津大学彭文朝副教授和阿德莱德大学段晓光研究员等人，使用ZnCl₂，KOH和CO₂活化氮和硫共掺杂的石墨烯（N，S-G），以开发出不同的缺陷和功能，所制备的石墨烯材料用作过氧单硫酸盐（PMS）活化的无金属催化剂，并探究了所制成材料的不同活化途径。

本文要点

1）通过一步热裂解氧化石墨烯和含N、S的前驱体合成了N和S共掺杂的石墨烯（N，S-G）。氯化锌（ZnCl₂），氢氧化钾（KOH）和二氧化碳（CO₂）用于活化N，S-G并通过形成大量的微孔/中孔来扩大比表面积（SSA）。改性的碳催化剂用于活化PMS以降解苯酚。与氮掺杂石墨烯（N-G）相比，N，S-G表现出更好的催化活性，而KOH活化进一步提高了氧化效率。

2）自由基猝灭实验，电化学表征和电子顺磁共振表征表明，N-G通过非自由基途径活化PMS。次级硫掺杂的参与将使反应途径转变为以自由基为主的氧化(SO₄^•-和^•OH)。

3）KOH活化进一步促进两种自由基的生成，进而涉及超氧离子自由基(O₂^•-)，从而实现有机污染物的深层矿化。与限制在催化剂表面的非自由基基团不同，自由基氧化(包括由O₂^•-转化而来的单态氧(¹O₂))发生在本体溶液中，保护碳催化剂不受腐蚀，从而保证了碳催化剂的结构完整性和稳定性。

参考文献：

Xintong Li, et al. Fine-Tuning Radical/Nonradical Pathways on Graphene by Porous Engineering and Doping Strategies. ACS Catal., 2021.

DOI: 10.1021/acscatal.0c05089

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c05089