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華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、資源環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Yimei Zhang等--B-摻雜石墨烯氣凝膠增強(qiáng)電化學(xué)高級(jí)氧化機(jī)制的新見解:實(shí)驗(yàn)、分子動(dòng)力學(xué)模擬和DFT

B-摻雜石墨烯作為一種高效、環(huán)保的無金屬催化劑，在電化學(xué)高級(jí)氧化過程(EAOP)中引起了廣泛關(guān)注，但該領(lǐng)域的瓶頸在于確定催化劑表面結(jié)構(gòu)調(diào)控與活性之間的關(guān)系。本文制備了B-摻雜石墨烯氣凝膠(BGA)用于氣體擴(kuò)散電極，并將其作為EAOP去除四環(huán)素(TC)的陰極。BGA體系的自由基產(chǎn)率較高(169.59 μM)，反應(yīng)速度較快(0.35 min^-1)， TC去除率較高(99.93%)。分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果表明，BGA的反應(yīng)能量大于原始石墨烯氣凝膠(GA)。H₂O₂的吸附活化過程和TC的降解過程發(fā)生在催化劑的第一吸附層。摻雜B后，這兩個(gè)過程變得更加有序，加快了反應(yīng)效率。給出了密度泛函理論的結(jié)果，三種摻B結(jié)構(gòu)對(duì)提高H₂O₂與BGA結(jié)合強(qiáng)度的貢獻(xiàn)為:- BCO₂ (-0.23 eV) > - BC₂O (-0.16 eV) >-BC₃ (-0.09 eV)。-BCO₂是H₂O₂的主要功能區(qū)。

圖1. 研究框架。

圖2. (a, b)GA和(c, d)BGA的SEM圖像; (e)EDX譜; (f-h)元素映射; (i)XRD圖譜; (j)拉曼光譜; (k)b1s的XPS譜。

圖3. (a)對(duì)照實(shí)驗(yàn); (b)TC降解的偽一階; (c)H₂O₂生成; (d)LSV曲線。

圖4. (a)淬火實(shí)驗(yàn); (b)•OH的積累; (c)重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

圖5. (a)BGA模型; (b)立方盒實(shí)例; BGA表面(c)H₂O₂和(d)TC的平衡結(jié)構(gòu)。

圖6. (a)H₂O₂和(b)TC的RMSD圖譜; (c)H₂O₂與(d)TC的徑向分布函數(shù)g(r)及對(duì)應(yīng)的積分曲線n(r);催化劑與(e)H₂O₂或(f)TC的相互作用能。

圖7. (a)-BCO₂， (b)-BC₂O， (c)-BC₃的DFT模型。(d-f)H₂O₂在不同位點(diǎn)間的吸附能;不同B結(jié)構(gòu)(g: -BCO₂, h: -BC₂O, i: -BC₃)上吸附中間體*H₂O₂的交換電荷/極化電荷密度差分布; (j)各B-摻雜位點(diǎn)對(duì)H₂O₂的吸附能; (k)BGA中無金屬EAOP的可能催化機(jī)理。

相關(guān)研究成果由華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、資源環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Yimei Zhang等人于2023年發(fā)表在Journal of Hazardous Materials (https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130331)上。原文：New insights into enhanced electrochemical advanced oxidation mechanism of B-doped graphene aerogel: Experiments, molecular dynamics simulations and DFT。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)



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