黏土矿物表面羟基介导的分子氧活化机理

杜晴, 牛慧斌, 徐艳, 张静, 兰星, 黄应平, 谈云志, 陈晓婷, 方艳芬

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高等学校化学学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (03) : 31-41.

黏土矿物表面羟基介导的分子氧活化机理

  • 杜晴, 牛慧斌, 徐艳, 张静, 兰星, 黄应平, 谈云志, 陈晓婷, 方艳芬
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摘要

天然黏土矿物表面羟基(Me-OH,Me=Al,Si,Fe)对分子氧(O_2)活化机制目前尚不明晰.本文通过在N_2气氛中对红黏土(R-Clay)进行不同温度热处理,调控其表面Me-OH位点数及形态,使其不同程度地活化O_2,进而降解水中四环素(TC).研究结果表明,随着温度的升高,R-Clay内高岭土结构逐渐被破坏,Fe_2O_3结构更加突显.其中,红黏土R-Clay_(400)表面Me-OH以Al-Al-OH和Al-Si-OH形态存在,可高效降解(86.36%)和矿化TC(40%,6 h).在可见光照射下,R-Clay_(400) Si-O-Al上氧原子和TC分子均可作为电子供体,它们将光生电子(e~-)转移给吸附在R-Clay_(400)表面的O_2生成超氧自由基(~·O_2~-)及单线态氧(~1O_2),实现对TC的高效降解.机理研究表明,表面Me-OH可作为Br?nsted酸位点,通过氢键吸附O_2,促进了电子转移,而非传统认为的电子供体.

关键词

热处理 / 红黏土 / 表面羟基 / 分子氧活化机理 / 降解

中图分类号

O641.3 / O643.36

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杜晴, 牛慧斌, 徐艳, 张静, 兰星, 黄应平, 谈云志, 陈晓婷, 方艳芬. 黏土矿物表面羟基介导的分子氧活化机理. 高等学校化学学报. 2024, 45(03): 31-41

基金

国家自然科学基金(批准号:22076098,21577078,22376118); 湖北省自然科学基金(批准号:2023AFA054); 高等学校学科创新引智计划项目(批准号:D20015)

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