【原】复旦朱向东&阿德莱德大学王少彬Nature子刊：快速自热合成Fe-基纳米材料催化剂用于先进氧化！

研究内容

铁(Fe)基催化剂是基于先进氧化工艺(AOP)的废水处理的有前途的候选者。然而，这些材料的制备通常涉及复杂的和能量密集的合成。此外，由于制备条件的固有限制，实现催化剂的全部潜力是具有挑战性的。

复旦大学朱向东和澳大利亚阿德莱德大学王少彬通过软碳辅助快速焦耳加热(FJH)开发了一种铁基纳米材料催化剂。FJH涉及快速升温、电击和冷却，该过程同时将低铁矿物(FeS)和软碳转化为嵌入到薄层石墨烯中的富电子纳米Fe⁰/FeS异质结构。该方法消耗的能量比传统热解少34倍。结果显示，铁基纳米材料催化剂在宽pH范围内表现出较强的催化性能。相关工作以“Rapid self-heating synthesis of Fe-based nanomaterial catalyst for advanced oxidation”为题发表在国际著名期刊Nature Communications上。

研究要点

要点1.作者报道了一种通过电流诱导自加热制备优质铁基材料的软碳辅助FJH技术，在宽pH范围和不同土壤类型中去除有机污染的有效性。该方法消耗的能量比传统热解少34倍。

要点2. FJH技术通过同步超高温(~1800K)和电击制备了嵌入石墨烯的富电子纳米Fe⁰/FeS异质结构。高柔软度(sp³C-C键的高丰度)的碳基底产生的催化材料，由于高的衍生功率和焦耳热表现出优异的氯霉素(CAP)降解效率。在宽pH范围内表现出较强的催化性能。

要点3.密度泛函理论(DFT)计算表明，FJH诱导的嵌入石墨烯的富电子纳米Fe⁰/FeS异质结构的电子离域通过双齿双核模型提高了其与过氧二硫酸盐的结合能力，从而提高了有机物矿化的∙OH产率。最后，作者还提出了一种连续和自动化生产铁基纳米材料催化剂的策略。

FJH可用于合成铁基材料，在大规模AOP应用的工业化方面具有很大的前景。

研究图文

图1.AOP基铁基材料的合成及其在氯霉素(CAP)降解中的性能。

图2.铁基材料的成分与结构分析。

图3.铁基材料的催化机理。

图4.FJH功率对催化性能的影响分析。

图5.FJH技术的适应性和大规模生产潜力。

文献详情

Rapid self-heating synthesis of Fe-based nanomaterial catalyst for advanced oxidation

Fengbo Yu, Chao Jia, Xuan Wu, Liming Sun, Zhijian Shi, Tao Teng, Litao Lin, Zhelin He, Jie Gao, Shicheng Zhang , Liang Wang, Shaobin Wang,* Xiangdong Zhu*

Nat. Commun.

DOI: https:///10.1038/s41467-023-40691-2

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