强化CoFe双金属位点表面局域自由基生成的定向近表面催化氧化：协同机制与电辅助再生

本文推荐：该研究通过合成CoFe层状双氢氧化物纳米棒/泡沫镍催化剂(CoFe-LDHs/NF)，创新性地实现了过一硫酸盐(PMS)活化过程中64.9%表面局域自由基(ROS)的高效生成。Fe的引入优化了Co-Fe双金属位点电子分布，显著提升Co位点对PMS和ROS的表面络合能力，使磺胺异噁唑降解效率提升20%，苯甲酸表观速率常数提高1.45-7.47倍。研究揭示了表面局域SO4•?为主导活性物种，并开发了电辅助再生技术，为长期稳定污染治理提供了新思路。

　　

亮点

• Fe掺杂促使Co₂Fe₁-LDHs/NF中Co-Fe双金属位点电子重分布

• 表面络合PMS和ROS的结合亲和力显著增强

• Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原对促进Co²⁺/Co³⁺循环活化PMS

• 表面局域SO₄^•?占比达64.9%，抗干扰能力突出

• 电辅助再生技术实现900分钟连续运行

材料与方法

实验采用泡沫镍(Ni foam)为基底，通过水热法合成CoFe-LDHs纳米棒。使用CO(NH₂)₂和NH₄F控制CO₃^2?和OH^?的缓释，乙醇作为表面活性剂参与组装（反应式1-5）。

结构表征

XRD显示典型LDHs层状结构（图1B），FTIR证实层间CO₃^2?存在。HRTEM观察到0.26nm晶格条纹对应(012)晶面（图1D），XPS证实Fe引入导致Co 2p结合能正移0.3eV，表明电子从Co向Fe转移。

催化性能

优化后的Co₂Fe₁-LDHs/NF对磺胺异噁唑的降解效率比纯Co₃-LDHs/NF提高20%。延长催化剂与PMS预混时间（0→15分钟）时，苯甲酸降解速率常数提升7.47倍，这归因于表面局域ROS占比升高至64.9%。EPR和探针实验证实表面局域SO₄^•?为关键活性物种。

结论

传统钴基催化剂依赖游离ROS，易受淬灭效应和基质干扰。本研究通过CoFe双金属设计构建了表面局域ROS主导的定向近表面氧化模式，结合电辅助再生技术，为持久性污染物治理提供了新范式。