Interfacial Ag-N Coordination-Induced C-N Bond Activation Enabling Sustainable Photocatalytic Glyphosate Degradation.
Inorg Chem · 2026 · 65:9850-9862 · PMID 42037037 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > AMPA·분해 · AMPA
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전이 금속 활성점과 질소 함유 오염물질 간의 계면 배위는 신속하고 효율적인 광분해를 가능하게 하는 유망한 전략이며, 환경 정화에 깊은 함의를 지닌다. 자연환경에 잔류하는 글리포세이트(GP) 제초제는 일반적으로 독성이 더 강한 중간체인 (아미노메틸)인산(AMPA)으로 분해되며, 이는 후속적인 광물화 및 인 자원 회수를 저해한다. 본 연구에서는 지속 가능한 GP 분해 및 광물화를 위해 Ag 공동촉매로 선택적으로 변형된 BiVO4 (Ag/BiVO4)를 이용한 친환경 광촉매 시스템을 구축하였다. 광촉매 결과에 따르면, Ag/BiVO4는 넓은 pH 조건에서 거의 98.8%의 GP 분해 효율을 달성하였으며, 그 반응 속도 상수($0.1087 \text{ min}^{-1}$)는 순수 BiVO4 ($0.0047 \text{ min}^{-1}$)보다 23.1배 높았다. 특히, Ag/BiVO4는 AMPA 중간체를 $\text{PO}_4^{3-}$로 완전히 산화시켜 높은 효율의 광물화를 실현한 반면, 순수 BiVO4는 $\text{PO}_4^{3-}$ 생성 없이 AMPA 중간체만 축적하였다 ($8.95 \mu\text{mol L}^{-1}$ 대 $42.8 \mu\text{mol L}^{-1}$). 나아가, 다양한 오염물질에 대한 광분해 분석은 Ag/BiVO4가 질소 함유 오염물질을 우선적으로 분해함을 확인하였으며, 이는 Ag 활성점과 질소 함유 화합물 간의 특이적인 계면 상호작용을 시사한다. 현장 ATR-FTIR, XPS 및 전기화학적 특성화 분석은 공동촉매인 Ag와 GP 또는 AMPA 사이에 계면에 형성된 $\text{Ag-N}$ 배위가 광캐리어 전달을 가속화하고 $\text{C-N}$ 결합 활성화를 촉진하여 GP 광분해 효율을 향상시킴을 검증하였다. 라디칼 포획 실험 및 EPR 분광법은 또한 $\text{O}_2$의 $\cdot\text{O}_2^-$와 홀 종으로의 활성화가 GP 및 AMPA의 친환경적 분해를 주도함을 보여주었다. 본 연구는 지속 가능한 폐수 정화 및 자원 회수를 위한 금속-N 배위 매개 광촉매 유기 오염물질 분해에 대한 귀중한 통찰력을 제공한다.ORIGINAL ABSTRACT
The interfacial coordination between transition metal active sites and nitrogen-containing pollutants represents a promising strategy to enable rapid and efficient photodegradation, holding profound implications for environmental remediation. Residual glyphosate (GP) herbicide in natural environments is typically degraded into a more toxic intermediate ((aminomethyl)phosphonic acid, AMPA) that hinders subsequent mineralization and phosphorus resource recovery. Herein, this study constructs an eco-friendly photocatalytic system using Ag cocatalyst-selectively modified BiVO4 (Ag/BiVO4) for sustainable GP degradation and mineralization. Photocatalytic results demonstrate that Ag/BiVO4 achieves almost 98.8% GP degradation efficiency within broad pH conditions, with a kinetic constant of 0.1087 min-1, 23.1-fold higher than that of pristine BiVO4 (0.0047 min-1). Notably, Ag/BiVO4 realizes high-efficiency mineralization by fully oxidizing the AMPA intermediate to PO43- (42.8 μmol L-1), whereas pure BiVO4 only accumulates the AMPA intermediate (8.95 μmol L-1) without PO43- generation. Furthermore, photodegradation assays of diverse pollutants confirm that Ag/BiVO4 preferentially degrades N-containing pollutants, implying specific interfacial interactions between Ag active sites and N-containing compounds. In situ ATR-FTIR, XPS, and electrochemical characterizations verify that interfacially formed Ag-N coordination between the Ag cocatalyst and GP or AMPA can accelerate photocarrier transfer and promote C-N bond activation, thereby enhancing GP photodegradation efficiency. Radical capture experiments and EPR spectroscopy further reveal that O2 activation into •O2- and hole species dominate the eco-friendly degradation of GP and AMPA. This work offers valuable insights into the metal-N coordination-mediated photocatalytic organic pollutant degradation for sustainable wastewater remediation and resource recovery.| 저자 | Ding, S.; Hu, W.; Huang, D.; Shi, H.; Huang, Y.; Tian, H.; Niu, H.; Yu, J.; Li, R.; Chen, C. |
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| 저널 | Inorganic chemistry |
| 권·호·쪽 | 65(18), 9850-9862 |
| PMID | 42037037 |
| DOI | 10.1021/acs.inorgchem.5c06085 |