IF 20.2！A 位缺陷调节钙钛矿型催化剂中的 d 带中心，增强光辅助过硫酸盐活化，通过高价铁-氧代物质去除左氧氟沙星

本文精选

高价铁羰基合成物质 （Fe（IV）=O） 因其寿命长、还原电位高、抗干扰能力强等优点而引起了水净化的广泛关注。然而，由于 Fe（III）/Fe（II） 的转化效率低，而 Fe（II）-过氧一硫酸盐 （PMS） 复合物的高活化势垒，Fe（IV）=O 的形成具有挑战性。在此，通过金属有机框架 （MOF） 衍生方法巧妙地将 A 位缺陷和氧空位 （Ov） 掺入钙钛矿中，目的是在可见光条件下激活 PMS 降解左氧氟沙星 （LVX）。双重缺陷的引入会拉伸 Fe-O 键并诱导 Fe 的电子自旋态从低自旋 （LS） 转变为中自旋态 （MS），导致 d 带中心向上移动，从而促进电子从 Fe 转移到 PMS 的过程，并减少 Fe（IV）=O 形成的障碍。此外，MOF 衍生的 La0.8FeO3-δ （Md- La0.8FeO3-δ） 表现出优异的反应性、选择性和环境稳健性。这项工作提出了一种通过调节钙钛矿中 A 位缺陷触发的诱导氧空位来改善 Fe（IV）=O 形成的策略。

创新点

1. 通过引入A位缺陷和氧空位双重调控钙钛矿结构，拉伸Fe-O键并优化d带中心位置。

2. 利用MOF衍生方法制备具有高反应性的La0.8FeO3-δ，提升光辅助PMS活化效率。

3. 实现Fe电子自旋态从中低自旋到中自旋的转变，促进Fe到PMS的电子转移。

4. 提出缺陷诱导策略降低Fe(IV)=O形成的高活化势垒，增强水净化性能。

科研工作的启发

1. 缺陷工程可作为优化催化剂电子结构的有效手段，值得在其他过渡金属氧化物中探索。

2. MOF衍生方法为设计高性能钙钛矿型催化剂提供了新思路，可推广至其他环境催化研究。

3. 光辅助催化与PMS活化的协同作用提示了多激发机制在污染物降解中的潜力。

4. 调节金属-氧键强度和自旋态可能是突破传统Fe基催化效率瓶颈的关键方向。

思路延伸

1. 探索其他A位掺杂元素（如Sr、Ce）对钙钛矿催化性能的影响，进一步优化反应活性。

2. 将缺陷工程与单原子催化结合，开发更高效的Fe(IV)=O生成体系。

3. 研究不同波长光源对PMS活化和Fe自旋态转化的协同效应。

4. 通过理论计算模拟d带中心移动与PMS活化之间的定量关系，指导催化剂设计。

5. 扩展双重缺陷策略至其他高价金属氧化物（如Mn、Co），拓宽应用范围。

生物医学领域的应用

1. 利用Fe(IV)=O的高氧化能力开发新型抗菌材料，高效杀灭耐药菌。

2. 将光辅助PMS活化体系应用于癌症治疗，通过生成活性氧靶向破坏肿瘤细胞。

3. 设计基于钙钛矿的纳米催化剂，用于体内药物残留（如抗生素）的精准降解。

4. 结合缺陷工程开发生物传感器，检测环境中左氧氟沙星等污染物的浓度。

5. 利用MOF衍生钙钛矿的高稳定性制备可植入式水净化装置，辅助慢性伤口愈合。

6. 通过调控Fe自旋态增强催化剂选择性，用于生物医学废水中抗生素的高效去除。

A-site defect regulates d-band center in perovskite-type catalysts enhancing photo-assisted peroxymonosulfate activation for levofloxacin removal via high-valent iron-oxo species

Appl. Catal. B Environ. Energy（IF 20.2）

Pub Date  : 2025-03-18

DOI : 10.1016/j.apcatb.2025.125273

Wenkai Pei, Xuanqi Ma, Yangjie Wu, Yu Wang, Liang Zhou, Juying Lei, Hiromi Yamashita, Jinlong Zhang

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