مسار أوليغوميرازا مدفوع بالنانوحبس لإزالة فعالة للملوثات الفينولية عبر تفاعل شبيه بفنتون

النتائج

توصيف المحفزات

الشكل 1| التوصيف الهيكلي للعوامل الحفازة. أ رسم هيكل الجزيء و (ب) أنماط XRD لـ UiO-66-(Zr) بواسطة المحاكاة، UiO-66-NH2-(Zr)، UiO- ، و UiO-66- . تمثيلي (ج) SEM و (د) TEM

الشكل 3 | تفاعل فنتون الشبيه بالتحفيز لإزالة الملوثات والتحقيق الآلي. أ إزالة الفينول مقابل الوقت في أنظمة مختلفة و (ب) إشارات EPR باستخدام DMPO كعامل حبس في UiO-66- و UiO- أنظمة في وقت رد الفعل 5 دقائق. الشروط: البداية ، [العامل المساعد] ، و [الفينول] . إزالة المقر الرئيسي في جورجيا، UiO-66- ، و UiO-66- أنظمة

بدون كروماتوغرامات HPLC لـ UiO-66- في أوقات تفاعل مختلفة. إزالة الفينول بواسطة UiO-66- عند تركيزات أولية مختلفة من الفينول. ف الكرونوأمبرو متري مع UiO-66- كقطب عمل (الإدراج: طيف مكبر). الشروط: الجهد تم إجراء التجارب ثلاث مرات، وتُبلغ القيم المتوسطة مع الانحرافات المعيارية كأشرطة خطأ.
مواقع حافة امتصاص الحديد في كلا العينتين قريبة جدًا من تلك الخاصة بـ وتأكيد حالة التكافؤ 3+ . زركونيوم XANES -طيف الحافة مع رقائق زركونيوم و كما هو موضح في الشكل التكميلية 6، مما يؤكد أيضًا حالة التكافؤ علاوة على ذلك، هيكل الامتصاص الدقيق للأشعة السينية الممتد (EXAFS) للحديد -حافة و تم أيضًا تسجيل إشارات الحافة لكل من العينتين وعرضها في الشكل التكميلية 7. تُظهر الأطياف المحولة فورييه لـ EXAFS (FT-EXAFS) في فضاء R في الشكل 2e (Fe -الحافة) والشكل التوضيحي التكميلي 8 ( -edge)، على التوالي. توضح الشكل 2e أنه لا يوجد سوى قشرة واحدة من Fe-O ولا توجد قشرة من Fe-Fe تم ملاحظتها في كلا العينتين، بينما توضح الشكل التكميلية 8 أن هناك قشرة وثانية ستظهر القشرة في كلا العينتين. هذه المعلومات حاسمة للإشارة إلى أن ذرة الحديد تقع فقط على حافة الـ -أكسو نود بدلاً من أن يتم تشويهه في -أوكزو نود، لأن هناك ثانٍ من المتوقع أن يكون هناك غلاف إذا شارك الحديد في تشكيل الإطار الرئيسي. يكشف ملاءمة منحنيات FT-EXAFS عن بيئة التنسيق للحديد والزركونيوم في كلا العينتين (الشكل 2f، الأشكال التكميلية 9 و10)، مع تلخيص أفضل معلمات الملاءمة في الجدول التكميلية 1. رسالة ملحوظة هي أن التنسيق
عدد ذرات الحديد يقل قليلاً من 4.9 في إلى 4.6 في UiO-66- . تؤكد النتائج المذكورة أعلاه أن GA يؤدي إلى تعديل طفيف في كثافة الإلكترون وبيئة التنسيق لذرة الحديد على الحافة من -أوكزو عقدة.

تفاعلات تحفيزية شبيهة بفينتون لإزالة الملوثات

التحقيق الميكانيكي أثناء إزالة الملوثات

نقاش

الشكل 4 | توضيح مسارات إزالة الفينول المختلفة. أ UiO-66- نظام مفتوح. ب UiO-66- نظام محصور نانو.

طرق

المواد الكيميائية

الخصائص

تحضير المحفزات

فحص المحفزات

توفر البيانات

References

1. Tang, Z. M. et al. Biomedicine meets Fenton chemistry. Chem. Rev. 121, 1981-2019 (2021).
2. Liu, Q. et al. A Fenton reaction at the endoplasmic reticulum is involved in the redox control of hypoxia-inducible gene expression. Proc. Natl Acad. Sci. USA 101, 4302-4307 (2004).
3. Liu, L. et al. sensitized 1530 nm to 1180 nm second near-infrared window upconversion nanocrystals for in vivo biosensing. Angew. Chem. Int. Ed. 57, 7518-7522 (2018).
4. Feng, G. D. et al. Accelerated crystallization of zeolites via hydroxyl free radicals. Science 351, 1188-1191 (2016).
5. Dai, X. C. et al. Sustainable co-synthesis of glycolic acid, formamides and formates from 1, 3-dihydroxyacetone by a catalyst with a single active site. Angew. Chem. Int. Ed. 58, 5251-5255 (2019).
6. Liu, T. C. et al. Water decontamination via nonradical process by nanoconfined Fenton-like catalysts. Nat. Commun. 14, 2881 (2023).
7. Xiao, F. et al. Selective electrocatalytic reduction of oxygen to hydroxyl radicals via 3-electron pathway with FeCo alloy encapsulated carbon aerogel for fast and complete removing pollutants. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 10375-10383 (2021).
8. Zhang, S. et al. Mechanism of heterogeneous Fenton reaction kinetics enhancement under nanoscale spatial confinement. Environ. Sci. Technol. 54, 10868-10875 (2020).
9. Hodges, B. C., Cates, E. L. & Kim, J. H. Challenges and prospects of advanced oxidation water treatment processes using catalytic nanomaterials. Nat. Nanotechnol. 13, 642-650 (2018).
10. Yang, Z. et al. The Fenton reaction in water assisted by picolinic acid: Accelerated iron cycling and co-generation of a selective Febased oxidant. Environ. Sci. Technol. 55, 8299-8308 (2021).
11. Chen, Y., Miller, C. J. & Waite, T. D. Heterogeneous Fenton chemistry revisited: Mechanistic insights from ferrihydrite-mediated oxidation of formate and oxalate. Environ. Sci. Technol. 55, 14414-14425 (2021).
12. Yang, X. J. et al. Iron oxychloride (FeOCl): an efficient Fenton-like catalyst for producing hydroxyl radicals in degradation of organic contaminants. J. Am. Chem. Soc. 135, 16058-16061 (2013).
13. Hou, X. et al. Hydroxylamine promoted goethite surface Fenton degradation of organic pollutants. Environ. Sci. Technol. 51, 5118-5126 (2017).
14. Su, L. et al. Regulating local electron density of iron single sites by introducing nitrogen vacancies for efficient photo-Fenton process. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 21261-21266 (2021).
15. Mao, Y. et al. Accelerating Fe -aqua complex reduction in an efficient solid-liquid-interfacial Fenton reaction over the Mn-CNH co-catalyst at near-neutral pH. Environ. Sci. Technol. 55, 13326-13334 (2021).
16. Yan, Q. et al. Constructing an acidic microenvironment by in heterogeneous Fenton reaction for pollutant control. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 17155-17163 (2021).
17. Ling, C. et al. Atomic-layered nanoclusters on with dual catalytic sites for efficient and selective activation. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202200670 (2022).
18. Yang, Z. et al. Singlet oxygen mediated iron-based Fenton-like catalysis under nanoconfinement. Proc. Natl Acad. Sci. USA 116, 6659-6664 (2019).
19. Wang, J. et al. Interlayer structure manipulation of iron oxychloride by potassium cation intercalation to steer activation pathway. J. Am. Chem. Soc. 144, 4294-4299 (2022).
20. Henzler-Wildman, K. A. et al. Intrinsic motions along an enzymatic reaction trajectory. Nature 450, 838-844 (2007).
21. Huang, Y., Ren, J. & Qu, X. Nanozymes: classification, catalytic mechanisms, activity regulation, and applications. Chem. Rev. 119, 4357-4412 (2019).
22. Kapil, V. et al. The first-principles phase diagram of monolayer nanoconfined water. Nature 609, 512-516 (2022).
23. Grommt, A. B., Feller, M. & Klajn, R. Chemical reactivity under nanoconfinement. Nat. Nanotechnol. 15, 256-271 (2020).
24. Li, H. et al. Confined catalysis under two-dimensional materials. Proc. Natl Acad. Sci. USA 114, 5930-5934 (2017).
25. Wang, Q. Q. et al. Self-assembled nanospheres with multiple endohedral binding sites pre-organize catalysts and substrates for highly efficient reactions. Nat. Chem. 8, 225-230 (2016).
26. Jin, Z. et al. Hydrophobic zeolite modification for in situ peroxide formation in methane oxidation to methanol. Science 367, 193-197 (2020).
27. Smit, B. & Maesen, T. L. M. Towards a molecular understanding of shape selectivity. Nature 451, 671-678 (2008).
28. Zhang, Q., Gao, S. Q. & Yu, J. H. Metal sites in zeolites: synthesis, characterization, and catalysis. Chem. Rev. 123, 6039-6106 (2023).
29. Dusselier, M. et al. Shape-selective zeolite catalysis for bioplastics production. Science 349, 78-80 (2015).
30. Riscoe, A. R. et al. Transition state and product diffusion control by polymer-nanocrystal hybrid catalysts. Nat. Catal. 2, 852-863 (2019).
31. Zhuang, T. T. et al. Copper nanocavities confine intermediates for efficient electrosynthesis of C3 alcohol fuels from carbon monoxide. Nat. Catal. 1, 946-951 (2018).
32. Zang, Y. et al. Selective electroreduction to ethanol over a carbon-coated catalyst. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202209629 (2022).
33. Manna, K. et al. Chemoselective single-site earth-abundant metal catalysts at metal-organic framework nodes. Nat. Commun. 7, 12610 (2016).
34. Abdel-Mageed, A. M. et al. Highly Active and stable single-atom Cu catalysts supported by a metal-organic framework. J. Am. Chem. Soc. 141, 5201-5210 (2019).
35. Ma, X. et al. Modulating Coordination environment of single-atom catalysts and their proximity to photosensitive units for boosting MOF photocatalysis. J. Am. Chem. Soc. 143, 12220-12229 (2021).
36. Ferrighi, L. et al. Catalysis under cover: enhanced reactivity at the interface between (doped) graphene and anatase . J. Am. Chem. Soc. 138, 7365-7376 (2016).
37. Virmani, E. et al. On-surface synthesis of highly oriented thin metalorganic framework films through vapor-assisted conversion. J. Am. Chem. Soc. 140, 4812-4819 (2018).
38. Xu, C. et al. Turning on visible-light photocatalytic C-H oxidation over metal-organic frameworks by introducing metal-to-cluster charge transfer. J. Am. Chem. Soc. 141, 19110-19117 (2019).
39. Vleet Van, M. J. et al. In situ, time-resolved, and mechanistic studies of metal-organic framework nucleation and growth. Chem. Rev. 118, 3681-3721 (2018).
40. Li, C. X. et al. Ultralight covalent organic framework/graphene aerogels with hierarchical porosity. Nat. Commun. 11, 4712 (2020).
41. Zhang, Y. et al. Weakly hydrophobic nanoconfinement by graphene aerogels greatly enhances the reactivity and ambient stability of reactivity of MIL-101-Fe in Fenton-like reaction. Nano Res. 14, 2383-2389 (2021).
42. Ye, G. et al. In situ implanting of single tungsten sites in to defective UiO-66(Zr) by solvent-free route for efficient oxidative desulfurizationat at room temperature. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 20318-20324 (2021).
43. Pan, J. B. et al. Activity and stability boosting of an oxygen-vacancyrich photoanode by NiFe-MOFs thin layer for water oxidation. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 1433-1440 (2021).
44. Tang, J. & Wang, J. Metal organic framework with coordinatively unsaturated sites as efficient Fenton-like catalyst for enhanced degradation of sulfamethazine. Environ. Sci. Technol. 52, 5367-5377 (2018).
45. Yang, C. et al. A semiconducting layered metal-organic framework magnet. Nat. Commun. 10, 3260 (2019).
46. Bao, Y. et al. Generating high-valent iron-oxo complexes in neutral microenvironments through peroxymonosulfate activation by Zn -Fe layered double hydroxides. Angew. Chem. Int. Ed. 61, e202209542 (2022).
47. Zhang, W. et al. Redox-active metal-organic composites for highly selective oxygen separation applications. Adv. Mater. 28, 3572-3577 (2016).
48. Zhao, W. et al. Fe-O clusters anchored on nodes of metal-organic frameworks for direct methane oxidation. Angew. Chem. Int. Ed. 60, 5811-5815 (2021).
49. Feng, . et al. Creation of exclusive artificial cluster defects by selective metal removal in the ( ) mixed-metal UiO-66. J. Am. Chem. Soc. 143, 21511-21518 (2021).
50. Yang, Y. et al. Which micropollutants in water environments deserve more attention globally? Environ. Sci. Technol. 56, 13-29 (2022).
51. Zazo, J. A. et al. Chemical pathway and kinetics of phenol oxidation by Fenton’s reagent. Environ. Sci. Technol. 39, 9295-9302 (2005).
52. Chen, L. et al. Interaction between organic compounds and catalyst steers the oxidation pathway and mechanism in the iron oxidebased heterogeneous Fenton system. Environ. Sci. Technol. 56, 14059-14068 (2022).
53. Chen, R. Z. & Pignatello, J. J. Role of quinone intermediates as electron shuttles in Fenton and photoassisted Fenton oxidations of aromatic compounds. Environ. Sci. Technol. 31, 2399-2406 (1997).
54. Duesterberg, C. K. & Waite, T. D. Kinetic modeling of the oxidation of p-hydroxybenzoic acid by Fenton’s reagent: implications of the role of quinones in the redox cycling of iron. Environ. Sci. Technol. 41, 4103-4110 (2007).
55. Li, Y. et al. Interactive enhancements of ascorbic acid and iron in hydroxyl radical generation in quinone redox cycling. Environ. Sci. Technol. 46, 10302-10309 (2012).
56. Yun, E. T. et al. Exploring the role of persulfate in the activation process: radical precursor versus electron acceptor. Environ. Sci. Technol. 51, 10090-10099 (2017).
57. Zhang, A. J. et al. Oxidative polymerization of hydroquinone using deoxycholic acid supramolecular template. Sci. China Chem. 55, 830-835 (2012).
58. Razimov, A. Z., Bekmashi, F. T. & Liogon’kii, B. I. Thermal polymerization of p-benzoquinone. Polym. Sci. U. S. S. R. 17, 3164-3170 (1975).
59. Qiu, X. et al. Cleaving arene rings for acyclic alkenylnitrile synthesis. Nature 597, 64-69 (2021).
60. Shearer, G. C. et al. Defect engineering: tuning the porosity and composition of the metal-organic framework UiO-66 via modulated synthesis. Chem. Mater. 28, 3749-3761 (2016).

الشكر والتقدير

مساهمات المؤلفين

المصالح المتنافسة

معلومات إضافية