Few-layered graphene oxide (FGO) was synthesized from graphite by using the modified Hummers method, and was characterized by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, powder X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and Raman spectroscopy. The prepared FGO was used to adsorb Pb(II) ions from aqueous solutions. The abundant oxygen-containing groups on the surfaces of FGO played an important role in Pb(II) ion adsorption on FGO. The adsorption of Pb(II) ions on FGO was dependent on pH values and independent of ionic strength. The adsorption of Pb(II) ions on FGO was mainly dominated by strong surface complexation. From the adsorption isotherms, the maximum adsorption capacities (Csmax) of Pb(II) ions on FGO calculated from the Langmuir model were about 842, 1150, and 1850 mg g−1 at 293, 313, and 333 K, respectively, higher than any currently reported. The FGO had the highest adsorption capacities of today's nanomaterials. The thermodynamic parameters calculated from the temperature dependent adsorption isotherms indicated that the adsorption of Pb(II) ions on FGO was a spontaneous and endothermic process.

The interaction mechanism between Eu(III) and graphene oxide nanosheets (GONS) was investigated by batch and extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectroscopy and by modeling techniques. The effects of pH, ionic strength, and temperature on Eu(III) adsorption on GONS were evaluated. The results indicated that ionic strength had no effect on Eu(III) adsorption on GONS. The maximum adsorption capacity of Eu(III) on GONS at pH 6.0 and T = 298 K was calculated to be 175.44 mg·g–1, much higher than any currently reported. The thermodynamic parameters calculated from temperature-dependent adsorption isotherms suggested that Eu(III) adsorption on GONS was an endothermic and spontaneous process. Results of EXAFS spectral analysis indicated that Eu(III) was bound to ∼6–7 O atoms at a bond distance of ∼2.44 Å in the first coordination shell. The value of Eu–C bond distance confirmed the formation of inner-sphere surface complexes on GONS. Surface complexation modeling gave an excellent fit with the predominant mononuclear monodentate >SOEu2+ and binuclear bidentate (>SO)2Eu2(OH)22+ complexes. This paper highlights the application of GONS as a suitable material for the preconcentration and removal of trivalent lanthanides and actinides from aqueous solutions in environmental pollution management.

Oxidized multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) were employed as sorbent to study the sorption characteristic of Pb(II) from aqueous solution as a function of contact time, pH, ionic strength, foreign ions, and oxidized MWCNTs’ contents under ambient conditions using batch technique. The results indicate that sorption of Pb(II) on oxidized MWCNTs is strongly dependent on pH values, and independent of ionic strength and the type of foreign ions. The removal of Pb(II) to oxidized MWCNTs is rather quickly and the kinetic sorption can be described by a pseudo-second-order model very well. Sorption of Pb(II) is mainly dominated by surface complexation rather than ion exchange. The efficient removal of Pb(II) from aqueous solution is limited at pH 7–10. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is performed to study the sorption mechanism at a molecular level and thereby to identify the species of the sorption processes. The 3-D relationship of pH, Ceq and q indicates that all the data of Ceq − q lie in a straight line with slope −V/m and intercept C0V/m for the same initial concentration of Pb(II) and same content of oxidized MWCNTs of each experimental data.

The sorption of Eu(III) on anatase and rutile was studied as a function of ionic strength, humic acid (HA, 7.5 mg/L), and electrolyte anions over a large range of pH (2−12). The presence of HA significantly affected Eu(III) sorption to anatase and rutile. The sorption of Eu(III) on anatase and rutile was independent of ionic strength. Results of an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis showed that Eu(III) was chemically present within the near-surface of TiO2 due to the formation of ≡SOEu and ≡SOHAEu complexes. An extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) technique was applied to characterize the local structural environment of the adsorbed Eu(III), and the results indicated that Eu(III) was bound to about seven or eight O atoms at a distance of about 2.40 Å. The functional groups of surface-bound HA were expected to be involved in the sorption process. The measured Eu−Ti distance confirmed the formation of inner-sphere sorption complexes on a TiO2 surface.

Photocatalysis has been widely studied because it can use inexhaustible solar energy as an energy source while solving the problems of fossil fuel depletion and environmental pollution facing the 21st century. Metal-organic frameworks (MOFs) and covalent organic frameworks (COFs), with many advantages such as high physical/chemical stability, tunable bandgap, structural diversity, large specific surface area, etc., are considered important propellants for building better photocatalytic platforms and achieving breakthroughs. This review outlines the applications of MOFs and COFs for photocatalysis in CO2 reduction, H2 generation, and environmental pollution treatment, and elucidates the relevant photocatalytic mechanisms. In particular, the methods and mechanisms for improving the photocatalytic performance of MOFs and COFs are summarized and discussed from the three aspects. Finally, the current limitations, challenges, perspectives and future development opportunities of COFs/MOFs and COF-/MOF-based photocatalysts are summarized and prospected.

In this Article, we report a remarkably simple and efficient method for the preparation of layered double hydroxides and graphene oxide (LDHs/GO) nanocomposites with varying GO amounts via a hydrothermal process. The graphene nature in the resulting LDHs/GO nanocomposites was confirmed by X-ray diffraction (XRD), Fourier transformed infrared (FTIR) spectroscopy, field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM), N2 adsorption-desorption, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The LDHs/GO nanocomposites exhibited swelling behavior in water and forming a gel. The adsorption performance of the LDHs/GO nanocomposites was evaluated for the removal of arsenate (As(V)) from aqueous solutions, and the results showed that the ratio of GO to LDHs in the nanocomposites significantly affected the adsorption capacity. Higher and lower amounts of GO in LDHs/GO nanocomposites showed lower adsorption capacity of As(V). A maximum adsorption capacity of 183.11 mg/g (2.44 mmol/g) was achieved on the LDHs/GO containing 6.0% GO due to the higher Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area than other samples. Owing to their high uptake capability of As(V), water-swellable LDHs/GO nanocomposites are expected to have potential applications as adsorbents for As(V) polluted water cleanup.

The effects of pH, ionic strength, and temperature on sorption of Eu(III) on attapulgite were investigated in the presence and absence of fulvic acid (FA) and humic acid (HA). The results indicated that the sorption of Eu(III) on attapulgite was strongly dependent on pH and ionic strength, and independent of temperature. In the presence of FA/HA, Eu(III) sorption was enhanced at pH < 4, decreased at pH range of 4-6, and then increased again at pH > 7. The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis suggested that the sorption of Eu(III) might be expressed as is identical to X3Eu0, is identical to S(w)OHEu3+, and is identical to SOEu-OOC-/HA in the ternary Eu/HN/attapulgite system. The extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) analysis of Eu-HA complexes indicated that the distances of d(Eu-O) decreased from 2.415 to 2.360 angstroms with increasing pH from 1.76 to 9.50, whereas the coordination number (N) decreased from approximately 9.94 to approximately 8.56. Different complexation species were also found for the different addition sequences of HA and Eu(III) to attapulgite suspension. The results are important to understand the influence of humic substances on Eu(III) behavior in the natural environment.

Designing highly durable and active electrocatalysts applied in polymer electrolyte membrane (PEM) electrolyzer for the oxygen evolution reaction remains a grand challenge due to the high dissolution of catalysts in acidic electrolyte. Hindering formation of oxygen vacancies by tuning the electronic structure of catalysts to improve the durability and activity in acidic electrolyte was theoretically effective but rarely reported. Herein we demonstrated rationally tuning electronic structure of RuO2 with introducing W and Er, which significantly increased oxygen vacancy formation energy. The representative W0.2Er0.1Ru0.7O2-δ required a super-low overpotential of 168 mV (10 mA cm-2) accompanied with a record stability of 500 h in acidic electrolyte. More remarkably, it could operate steadily for 120 h (100 mA cm-2) in PEM device. Density functional theory calculations revealed co-doping of W and Er tuned electronic structure of RuO2 by charge redistribution, which significantly prohibited formation of soluble Rux>4 and lowered adsorption energies for oxygen intermediates.

To identify the effect of humic acid (HA) and fulvic acid (FA) on the sorption mechanism of Eu(III) on organic−inorganic colloids in the environment at a molecular level, surface adsorbed/complexed Eu(III) on hydrous alumina, HA-, and FA-hydrous alumina hybrids were characterized by using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-resolved laser fluorescence spectroscopy (TRLFS). The experiments were performed in 0.1 mol/L KNO3 or 0.1 mol/L NaClO4 under ambient conditions. The pH values were varied between 2 and 11 at a fixed Eu(III) concentration of 6.0 × 10−7 mol/L and 4.3 × 10−5 mol/L. The different Eu(III)/FA(HA)/hydrous alumina complexes were characterized by their fluorescence emission spectra ((5D0→7F1)/(5D0→7F2)) and binding energy of Eu(III). Inner-sphere surface complexation may contribute mainly to Eu(III) sorption on hydrous alumina, and a ternary surface complex is formed at the HA/FA-hydrous alumina hybrid surfaces. The sorption and species of Eu(III) in ternary Eu-HA/FA-hydrous alumina systems are not dominated by either HA/FA or hydrous alumina, but are dominated by both HA/FA and hydrous alumina. The results are important for understanding the sorption mechanisms and the nature of surface adsorbed Eu(III) species and trivalent chemical homologues of Eu(III) in the natural environment.