基于密度泛函理论（DFT）的分子水平研究：PFAS在生物炭负载的单原子锌催化剂（SAZnC@Bc）上的吸附行为

《ACS ES&T Water》：DFT-Based Molecular-Level Insights into PFAS Adsorption on a Biochar-Supported Single-Atom Zinc Catalyst (SAZnC@Bc)

　　单原子锌催化剂负载生物炭对PFAS吸附机制研究：密度泛函理论计算表明Zn-N4配位中不同氮原子类型（吡啶/吡咯）影响表面电荷，进而调控PFAS吸附强度。平行取向吸附模式下，PFBA吸附能最低（-4.32 eV），PFOS次之（-5.18 eV），PFOA最高（-5.47 eV）。

　　

负载在基底（如生物炭）上的单原子金属催化剂（SAMCs）已成为处理全氟和多氟烷基物质（PFAS）的有前景的材料。其有效性在于通过氧化或还原促进PFAS的降解。然而，PFAS在SAMC活性位点上的吸附行为——这是降解的关键前提——目前仍知之甚少。在这项研究中，我们采用密度泛函理论（DFT）来研究负载在生物炭上的单原子锌催化剂（SAZnC@Bc）对PFAS的吸附行为，该催化剂具有Zn–N₄配位结构。我们选择了三种代表性化合物——全氟丁酸（PFBA）、全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）进行分析。研究了含有吡啶氮、吡咯氮或混合氮原子的局部配位结构对吸附行为的影响。研究结果表明，氮的组成和锌的配位方式显著影响了SAZnC@Bc的表面电荷，进而影响了PFAS的吸附强度。含有四个吡啶氮原子的构型表现出最正的表面电荷和最高的PFAS^–吸附能力。所有PFAS^–分子都沿表面平行方向排列，其官能团朝向Zn–N₄位点。计算得到的吸附能量顺序为PFBA^– < PFOS^– < PFOA^–。这些发现为基于SAMC的材料的有效PFAS处理提供了关键的分子层面见解，有助于指导其合理设计。