EPR Evidence for Mechanistic Diversity of Cu(II)/Peroxygen Oxidation Systems by Tracing the Origin of DMPO Spin Adducts

电子顺磁共振 化学 加合物 激进的 自旋俘获 光化学 过氧二硫酸盐 核磁共振 催化作用 有机化学 物理
作者
Lingli Wang,Yu Fu,Qingchao Li,Zhaohui Wang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (12): 8796-8806 被引量:222
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c00459
摘要

Electron paramagnetic resonance (EPR) has been extensively used for the identification of free radicals that are generated from advanced oxidation processes (AOPs) so as to establish the reaction mechanism. However, some misinterpretations or controversies on the identity of detected EPR signals remain in the literature. This study, with Cu(II)-based AOPs as examples, comprehensively investigated the origin of 5,5-dimethyl-l-pyrroline N -oxide (DMPO) adducts in Cu(II) alone, Cu(II)/H 2 O 2, Cu(II)/peroxymonosulfate (PMS), and Cu(II)/peroxydisulfate (PDS) systems. In most Cu(II) systems, DMPO-OH signals can be detected even without any peroxygens, indicating the presence of other origins of this adduct in addition to the genuine spin trapping of • OH by DMPO. According to the formed secondary radical adducts (DMPO-OCH 3 from a nonradical process or DMPO-CH 2 OH from a radical oxidation) derived from methanol quenching, we propose that CuO +, instead of free radicals, is involved in the Cu(II)/PMS system, while • OH is indeed generated in the Cu(II)/H 2 O 2 and Cu(II)/PDS systems under neutral conditions. Notably, 17 O-incorporation experiments demonstrate that −OH in the detected DMPO-OH adduct originates 100% from water in the Cu(II) alone system but the amount of −OH is over 99.8% from the oxidant while peroxygens are added. In addition, DMPO-O 2 – appears only in the Cu(II)/PDS system under highly alkaline conditions and H 2 O is not involved in superoxide formation.
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