复旦大学朱向东Nature子刊：Fe基纳米材料催化剂的快速自热合成

铁（Fe）基催化剂是一种基于深度氧化技术的废水修复的有希望候选者，但这些材料的制备往往涉及复杂和能源密集型的合成。此外，由于制备条件的固有限制，实现催化剂的全部潜力还具有挑战性。

基于此，复旦大学朱向东研究员等人报道了通过软碳辅助闪光焦耳加热（FJH）策略开发了一种铁基纳米催化剂。FJH涉及快速升温、电击和冷却，该过程同时将低品位铁矿物（FeS）和软碳转化为嵌入薄层石墨烯中的富电子纳米Fe⁰/FeS异质结构。该过程节能，能耗比传统热解降低34倍。

通过DFT计算，作者研究了纳米Fe⁰/FeS异质结构复合材料的催化机理。作者构建了石墨烯中Fe⁰/FeS异质结构的Fe⁰/FeS/C和FeS/Fe⁰/C两种结构模型，其中Fe⁰/FeS/C和FeS/Fe⁰/C的吸附能分别为-4.169 eV和-4.135 eV。

结果表明，对比FeS/C或Fe⁰/C与PDS的吸附体系，Fe⁰/FeS异质结构容易吸附PDS，并由于电子传输能力的提高而使O-O键断裂产生自由基。Fe⁰/FeS/C和FeS/Fe⁰/C的电子传输能力明显高于FeS/C和Fe⁰/C，由于电子离域效应能转移更多的电子。

此外，Fe⁰/FeS/C和FeS/Fe⁰/C在PDS的吸附能、O-O键和电子传输能力上的差异可以忽略不计。所有结果都证实，富电子纳米Fe⁰/FeS异质结构的存在极大改善了CAP的降解。

此外，O-O键的断裂是催化反应中必不可少的重要过程。对比Fe⁰/C，富电子Fe⁰/FeS/C具有更低的O-O键断裂能垒，催化反应具有更低的吉布斯自由能，因此电子离域效应使得富电子Fe⁰/FeS/C自发，且更容易激活PDS。

Rapid self-heating synthesis of Fe-based nanomaterial catalyst for advanced oxidation. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-40691-2.