【原】西安建筑科技大学Weihuang Zhu课题组--基于金属有机框架和氧化石墨烯的过硫酸氢盐激活剂在污染物去除中的应用

基于过氧单硫酸盐（PMS）的类芬顿反应可以有效降解污染物并引起了广泛关注。在此，报道了一种简便的策略来合成衍生自钴-锌双金属金属-有机骨架(MOF)的多相PMS活化剂(Zn/Co-MOF@rGO-600)。Zn/Co-MOF@rGO-600用作PMS活化过程中有效去除四环素(TC)的催化剂。Zn的引入和氧化石墨烯（GO）的存在不仅通过双金属协同作用提高了催化剂中单原子钴（Co0）的产率，而且对调整催化剂的形貌也有积极作用。电荷转移电阻（Rct）的Zn/Co-MOF@rGO-600在GO修饰后降低了3.15倍。在以Zn/Co-MOF@rGO-600为PMS活化剂的反应体系中，反应速率常数(k)提高了14.88倍，相应的TC去除和矿化效率分别提高到91.66%和45.04%。密度泛函理论(DFT)计算表明PMS和Zn-Co原子之间的键合能(Ebon)足够低至−2.76eV，因此Zn/Co-MOF@rGO-600可以作为有效的PMS活化剂.猝灭实验和自由基自旋陷阱实验表明，产生的主要活性物质为SO₄^·-、O₂^·-和¹O₂。SO₄^·-是PMS活化过程中¹O₂和^·OH等其他自由基生成的主要驱动因素。该研究为制备一种有效的PMS活化催化剂提供了新的参考，该催化剂来源于双金属(Zn/Co)MOF。         

                

Fig 1. (a) Zn-MOF@rGO-600、(b) Co-MOF@rGO-600、(c) Zn/Co-MOF-600 和 (de) Zn/Co-MOF@rGO-600 的 SEM 图像。(f, h) Zn/Co-MOF@rGO-600 的 TEM 图像和 (j) 相应的 SAED 图案。(g) 原始 Zn/Co-MOF@rGO、(i) Zn/Co-MOF@rGO-600、Zn/Co-MOF-600、Zn-MOF@rGO-600 和 Co-MOF@rGO- 的 XRD 表征600。(k) Co 2p 与不同催化剂的高分辨率 XPS 光谱。

          Fig 2. 原始 Zn/Co-MOF@rGO、Zn/Co-MOF-600 和 Zn/Co-MOF@rGO-600 的 FT-IR 光谱。

          Fig 3. (a) 不同催化剂的循环伏安法 (CV) 曲线，(b) 电化学阻抗谱 (EIS) 图，以及不同催化剂对应的电荷转移电阻 (R ct )（插图）。

      

          Fig 4. TC 降解 (a) 使用 Zn/Co-MOF@rGO 作为 PMS 催化剂在不同的煅烧温度下获得，(b) 使用不同的催化剂和 (c) 不同的反应系统。(d) PMS 浓度、(e) 催化剂剂量和 (f) 初始 pH 值对含有 Zn/Co-MOF@rGO-600 作为催化剂的反应体系中 TC 降解的影响。

     

          Fig 5. 不同反应温度下（a）PMS和（b）CAT（Zn/Co-MOF@rGO-600 +PMS）反应体系中TC的降解情况；(cd) PMS 和 CAT 的活化能；(e) Zn/Co-MOF@rGO-600 +PMS 反应体系中 TC 去除的回收测试和 (f) Zn/Co-MOF@rGO-600 的磁滞回线。

  

          Fig 6. (a) TMP-1O2(♠)、(b) DMPO-OH·(♣)和DMPO-SO4·-(♥)在PMS自分解或被Zn/Co-激活过程中的EPR谱不同反应条件下的MOF@rGO-600。

         

          Fig 7. PMS与Zn/Co-MOF@rGO-600相互作用的晶体结构和电荷密度示意图（a.正视图，b.侧视图，c.俯视图）。红色和蓝色区域分别表示低电子云密度和高电子云密度。

相关研究工作由西安建筑科技大学Weihuang Zhu课题组于2023年在线发表于《Process Safety and Environmental Protection》期刊上，原文：A metal-organic framework (MOF) and graphene oxide (GO) based peroxymonosulfate (PMS) activator applied in pollutant removal。