Photophysical and photochemical insights into the photodegradation of sulfapyridine in water: A joint experimental and theoretical study

光降解 光化学 系统间交叉 化学 反应速率常数 量子产额 激发态 单线态氧 光解 单重态 三重态 荧光 分子 动力学 光催化 有机化学 原子物理学 氧气 催化作用 光学 物理 量子力学
作者
Heming Zhang,Xiaoxuan Wei,Xuedan Song,Syed Shaheen Shah,Jingwen Chen,Jianhui Liu,Ce Hao,Zhongfang Chen
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier]
卷期号:191: 1021-1027 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2017.10.036
摘要

For organic pollutants, photodegradation, as a major abiotic elimination process and of great importance to the environmental fate and risk, involves rather complicated physical and chemical processes of excited molecules. Herein, we systematically studied the photophysical and photochemical processes of a widely used antibiotic, namely sulfapyridine. By means of density functional theory (DFT) computations, we examined the rate constants and the competition of both photophysical and photochemical processes, elucidated the photochemical reaction mechanism, calculated reaction quantum yield (Φ) based on both photophysical and photochemical processes, and subsequently estimated the photodegradation rate constant. We further conducted photolysis experiments to measure the photodegradation rate constant of sulfapyridine. Our computations showed that sulfapyridine at the lowest excited singlet state (S1) mainly undergoes internal conversion to its ground state, and is difficult to transfer to the lowest excited triplet states (T1) via intersystem crossing (ISC) and emit fluorescence. In T1 state, compared with phosphorescence emission and ISC, chemical reaction is much easier to initiate. Encouragingly, the theoretically predicted photodegradation rate constant is close to the experimentally observed value, indicating that quantum chemistry computation is powerful enough to study photodegradation involving ultra-fast photophysical and photochemical processes.
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