Elucidation of the role of metals in the adsorption and photodegradation of herbicides by metal-organic frameworks

光降解 单线态氧 光化学 化学 催化作用 吸附 光催化 苯甲酸 金属有机骨架 水溶液 芘 电子顺磁共振 氧气 有机化学 核磁共振 物理
作者
Nan‐Chieh Chiu,Jacob M. Lessard,Emmanuel Nyela Musa,Logan S. Lancaster,Clara Wheeler,Taylor D. Krueger,Cheng Ann CHEN,Trenton C. Gallagher,Makenzie T. Nord,Hongliang Huang,Paul Ha‐Yeon Cheong,Chong Fang,Kyriakos C. Stylianou
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 1459-1459 被引量:55
标识
DOI:10.1038/s41467-024-45546-y
摘要

Abstract Here, four MOFs, namely Sc-TBAPy, Al-TBAPy, Y-TBAPy, and Fe-TBAPy (TBAPy: 1,3,6,8-tetrakis( p -benzoic acid)pyrene), were characterized and evaluated for their ability to remediate glyphosate (GP) from water. Among these materials, Sc-TBAPy demonstrates superior performance in both the adsorption and degradation of GP. Upon light irradiation for 5 min, Sc-TBAPy completely degrades 100% of GP in a 1.5 mM aqueous solution. Femtosecond transient absorption spectroscopy reveals that Sc-TBAPy exhibits enhanced charge transfer character compared to the other MOFs, as well as suppressed formation of emissive excimers that could impede photocatalysis. This finding was further supported by hydrogen evolution half-reaction (HER) experiments, which demonstrated Sc-TBAPy’s superior catalytic activity for water splitting. In addition to its faster adsorption and more efficient photodegradation of GP, Sc-TBAPy also followed a selective pathway towards the oxidation of GP, avoiding the formation of toxic aminomethylphosphonic acid observed with the other M 3+ -TBAPy MOFs. To investigate the selectivity observed with Sc-TBAPy, electron spin resonance, depleted oxygen conditions, and solvent exchange with D 2 O were employed to elucidate the role of different reactive oxygen species on GP photodegradation. The findings indicate that singlet oxygen ( 1 O 2 ) plays a critical role in the selective photodegradation pathway achieved by Sc-TBAPy.
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