Integrated Photocatalytic Reduction and Oxidation of Perfluorooctanoic Acid by Metal–Organic Frameworks: Key Insights into the Degradation Mechanisms

全氟辛酸 化学 降级(电信) 光催化 金属有机骨架 还原(数学) 钥匙(锁) 环境化学 催化作用 有机化学 数学 几何学 生态学 电信 吸附 计算机科学 生物
作者
Yinghao Wen,Ángel Rentería‐Gómez,Gregory S. Day,Mallory F. Smith,Tian‐Hao Yan,Ray Osman K. Ozdemir,Osvaldo Gutiérrez,Virender K. Sharma,Xingmao Ma,Hong‐Cai Zhou
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (26): 11840-11850 被引量:216
标识
DOI:10.1021/jacs.2c04341
摘要

The high porosity and tunability of metal–organic frameworks (MOFs) have made them an appealing group of materials for environmental applications. However, their potential in the photocatalytic degradation of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) has been rarely investigated. Hereby, we demonstrate that over 98.9% of perfluorooctanoic acid (PFOA) was degraded by MIL-125-NH 2, a titanium-based MOF, in 24 h under Hg-lamp irradiation. The MOF maintained its structural integrity and porosity after three cycles, as indicated by its crystal structure, surface area, and pore size distribution. Based on the experimental results and density functional theory (DFT) calculations, a detailed reaction mechanism of the chain-shortening and H/F exchange pathways in hydrated electron ( e aq – )-induced PFOA degradation were revealed. Significantly, we proposed that the coordinated contribution of e aq – and hydroxyl radical ( • OH) is vital for chain-shortening, highlighting the importance of an integrated system capable of both reduction and oxidation for efficient PFAS degradation in water. Our results shed light on the development of effective and sustainable technologies for PFAS breakdown in the environment.
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