Molecular Cu Electrocatalyst Escalates Ambient Perfluorooctanoic Acid Degradation

全氟辛酸 化学 电催化剂 降级(电信) 环境化学 无机化学 化学工程 电化学 电极 计算机科学 电信 工程类 物理化学
作者
Soumalya Sinha,Ashwin Chaturvedi,Rajeev K. Gautam,Jianbing Jiang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (50): 27390-27396 被引量:25
标识
DOI:10.1021/jacs.3c08352
摘要

Groundwater reservoirs contaminated with perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances (PFASs) need purifying remedies. Perfluorooctanoic acid (PFOA) is the most abundant PFAS in drinking water. Although different degradation strategies for PFOA have been explored, none of them disintegrates the PFOA backbone rapidly under mild conditions. Herein, we report a molecular copper electrocatalyst that assists in the degradation of PFOA up to 93% with a 99% defluorination rate within 4 h of cathodic controlled-current electrolysis. The current-normalized pseudo-first-order rate constant has been estimated to be quite high for PFOA decomposition (3.32 L h-1 A-1), indicating its fast degradation at room temperature. Furthermore, comparatively, rapid decarboxylation over the first 2 h of electrolysis has been suggested to be the rate-determining step in PFOA degradation. The related Gibbs free energy of activation has been calculated as 22.6 kcal/mol based on the experimental data. In addition, we did not observe the formation of short-alkyl-chain PFASs as byproducts that are typically found in chain-shortening PFAS degradation routes. Instead, free fluoride (F-), trifluoroacetate (CF3COO-), trifluoromethane (CF3H), and tetrafluoromethane (CF4) were detected as fragmented PFOA products along with the evolution of CO2 using gas chromatography (GC), ion chromatography (IC), and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) techniques, suggesting comprehensive cleavage of C-C bonds in PFOA. Hence, this study presents an effective method for the rapid degradation of PFOA into small ions/molecules.
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