Promoting C–F Bond Activation for Perfluorinated Compounds Decomposition via Atomically Synergistic Lewis and Brønsted Acid Sites

化学 路易斯酸 分解 布朗斯特德-洛瑞酸碱理论 催化作用 药物化学 立体化学 有机化学
作者
Wenjie Luo,Kang Liu,Tao Luo,Junwei Fu,Hang Zhang,Chao Ma,Ting‐Shan Chan,Cheng-Wei Kao,Zhang Lin,Liyuan Chai,Michelle L. Coote,Min Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (9): 7391-7399 被引量:45
标识
DOI:10.1021/jacs.4c15280
摘要

Catalytic hydrolysis is a sustainable method for the degradation of perfluorinated compounds (PFCs) but is challenged by the high reaction temperatures required to cleave strong C-F bonds. Herein, we developed an innovative C-F activation strategy by constructing synergistic Lewis and Brønsted acid pairs over atomically dispersed Zn-O-Al sites to promote C-F bond activation for decomposition of typical PFCs, CF4. Density functional theory (DFT) calculations demonstrate tricoordinated Al (AlIII) sites and Zn-OH functional, respectively, as Lewis and Brønsted acid sites over Zn-O-Al, synergistically enhancing the adsorption and decomposition of CF4. X-ray absorption spectroscopy (XAS), pyridine infrared spectroscopy (Py-IR), and ammonia temperature-programmed desorption (NH3-TPD) verified the presence of both AlIII and Zn-OH on the atomically dispersed Zn-O-Al sites. CF4-TPD and in situ infrared spectroscopy confirmed that the Zn-O-Al sites facilitate CF4 adsorption and C-F bond activation. As a result, the Zn-O-Al sites with synergistic Lewis and Brønsted acid pairs achieved 100% CF4 decomposition at a low temperature of 560 °C and demonstrated outstanding stability for more than 250 h.
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