在没有外来H₂O₂的情况下对有机污染物进行高效深度降解仍然是光芬顿催化技术面临的挑战和研究热点。本研究提出了一种新型的Ti₃C₂ MXene/MIL-100(Fe)复合材料，通过Fe-原卟啉桥接，原位生成H₂O₂，用于光芬顿催化降解噻虫啉(TCL)。MXene与MIL-100(Fe)之间产生的Schottky连接和Fe-原卟啉的仿生载氧构建了一个协同体系，促进H₂O₂的生成和光芬顿反应。与MIL-100(Fe)相比，MXene/MIL-100(Fe)对TCL的H₂O₂生成率提高了12倍(气泡作用下H₂O₂生成率达到1175.2 μmol/L)，降解率提高了24倍，矿化率提高了3.7倍。在无H₂O₂体系中，MXene/MIL100(Fe)催化剂的TCL降解率比许多报道的光- fenton催化剂高21-60倍。MXene / mil - 100 (Fe)意识到比;120 min内对TCL (80 mg/L)的TOC去除率达到80%，具有良好的催化稳定性(>97%的TCL退化)连续10次重用。
 
 
图1. MXFAA/MIL(Fe)-POR合成策略与方法的说明。
 
 
图2 SEM和EDS测得形貌和元素图:(a) MIL(Fe)， (b) MX， (c) MXFAA， (d) MXFAA/MIL(Fe)-POR;以及(e) MXFAA/MIL(Fe)-POR的铁元素和(f)氮元素图。
 
 
图3. (a) PXRD谱图，(b) FTIR谱图，(c) TGA和DTG曲线，(d) MIL(Fe)、MXF/MIL(Fe)、MXFAA/MIL(Fe)和MXFAA/MIL(Fe)-POR的孔径分布。
 
  
图4. MIL(Fe)、MXF/MIL(Fe)、MXFAA/MIL(Fe)和MXFAA/MIL(Fe)-POR的(a) C 1s和(b) Fe 2p高分辨率XPS谱;(c) Fe k边的归一化XANES光谱和(d) Fe箔、Fe₂O₃和MXFAA/MIL(Fe)-POR的k边EXAFS光谱的傅里叶变换。
 
 
图5 (a)吸附动力学曲线，(b) TCL在黑暗条件下的吸附速率常数，(c)光芬顿TCL降解MXF、MXFAA、MIL(Fe)、MXF/MIL(Fe)、MXFAA/MIL(Fe)和MXFAA/MIL(Fe)-POR (TCL浓度为80 mg/L，催化剂用量为10 mg，温度为25℃)的降解速率常数。
 
 
图6 (a) Fe掺杂，(b)原卟啉掺杂，(c) pH， (d)催化剂用量对TCL MXFAA/MIL(Fe)-POR降解的影响;(e) MXFAA/MIL(Fe)-POR多次再生循环对TCL的降解率;(f) TOC在MIL(Fe)和MXFAA/MIL(Fe)POR上去除TCL， (g)在MXFAA/MIL(Fe)-POR上降解TCL的途径。
 
图7 (a) UV - vis漫反射光谱，(b) Tauc图，(c) EIS光谱，(d) PL发射光谱，(e)光电流测量和(f) MIL(Fe)、MXF/MIL(Fe)、MXFAA/MIL(Fe)和MXFAA/MIL(Fe)-POR的CV曲线。
 
 
图8. 溶解氧对TCL的MIL(Fe)， MXFAA/MIL(Fe)和MXFAA/MIL(Fe)-POR光- fenton降解性能的影响(a)， (b) MXFAA/MIL(Fe)和MXFAA/MIL(Fe)-POR在搅拌、鼓泡N₂和空气下的降解速率常数的影响。
 
 
图9. (a) MIL(Fe)及其复合材料在uv -可见光照射下产生H2O2的性能;(b) MXFAA/MIL(Fe)- por自由基捕获实验;(c) DMPO-·OH和(d) TEMPO- h+加合物在uv -可见光照射下悬浮液中的ESR光谱。
 
 
图10 (a) MIL(Fe)的Mott-Schottky图;(b) MIL(Fe)， (c) MXFAA和(d) MXFAA/MIL(Fe)-POR的UPS光谱。
 
  
图11。提出了MXFAA/MIL(Fe)-POR光- fenton降解TCL的反应机理。
 
        相关科研成果由广西大学化学化工学院Zhenxia Zhao等人于2022年发表在Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137964)上。原文：Biomimetic O₂-Carrying and Highly In-Situ H₂O₂ Generation Using Ti₃C₂ MXene/MIL-100(Fe) Hybrid via Fe-Protoporphyrin Bridging for Photo-Fenton Synergistic Degradation of Thiacloprid。

转自《石墨烯研究》公众号