Steering charge transfer in CuInS2/BiOCl composites to enable sunlight-driven C–F bond cleavage of PFAS in water

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作者
Fuyu Liu,Honglei Li,Zixiang Gao,Qiang Wei Song,Patrick Joseph Cullen,Ziying Nie,Ye Hong,Yuxuan Zhang,Shilin Yao,Cheng Gu,Fanran Meng,Zhihong Zuo,R Q Liu,Z. N. Chen,Dongling Ma,Yongguang Yin,Yong Cai,Xiaoguang Duan,Qingzhe Zhang
出处
期刊: [Springer Science+Business Media]
卷期号:4 (3): 334-347 被引量:27
标识
DOI:10.1038/s44221-026-00590-4
摘要

Abstract Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) resist most remediation technologies because of their exceptionally inert carbon–fluorine bonds. Here we report a visible-light Z-scheme photocatalyst composed of CuInS 2 quantum dots anchored on BiOCl nanoplates (CuInS 2 /BiOCl) that overcomes this barrier. Femtosecond transient absorption, steady-state spectroscopy and theoretical calculations show that an internal electric field steers photo-generated electrons (e − ) migrating to CuInS 2 and holes (h + ) to BiOCl, maximizing their redox potentials for simultaneous carbon–fluorine scission and carbon chain breakage, respectively. Computations revealed that benzene sulfonic acid and carbon fluoride groups on sodium p -perfluorous nonenoxybenzenesulfonate (OBS) are susceptible to electrophilic attack by h + and nucleophilic attack by e − , respectively. Under ultraviolet irradiation, the heterojunction achieves 75.8% defluorination and 76.8% total organic carbon removal of OBS within 8 h, with universal applicability for efficient degradation of 17 representative PFAS mixtures. Continuous-flow tests driven by natural sunlight achieve >96% OBS removal in 10 h, confirming system scalability. Toxicity assays indicate negligible hazardous effects of the residual. The work reports a sunlight-powered and flow-compatible photocatalytic platform for sustained PFAS decontamination, opening a sustainable route for ‘forever chemical’ abatement in water.
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