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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了特氟龍等全氟及多氟烷基化學(xué)品的低溫還原脫氟分解的變革性新方法。該研究創(chuàng)制了扭曲促進(jìn)電子得失的有機(jī)小分子超級光還原劑KQGZ，并基于此發(fā)展了低溫（40℃至60℃）催化還原特氟龍等全氟及多氟烷基化合物的完全脫氟新方法。11月20日，相關(guān)研究成果以Photocatalytic low-temperature defluorination of PFASs為題，發(fā)表在《自然》（Nature）上。

全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）由于分子內(nèi)牢固的碳-氟鍵，具有獨(dú)特的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、疏水及疏油特性等，廣泛應(yīng)用于化工、電子、醫(yī)療設(shè)備、紡織機(jī)械、核工業(yè)等領(lǐng)域。而碳-氟鍵的惰性導(dǎo)致PFAS在自然環(huán)境或溫和條件下難以降解。例如，特氟龍在260℃的溫度下可維持多年而不分解；而在500℃以上分解時則會釋放出有毒氣體。因此，PFAS被稱為“永久化學(xué)品”。而被廢棄于自然界中的PFAS則引發(fā)了一系列的環(huán)境與健康問題。

針對上述挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊(duì)基于在特定光照具有超強(qiáng)還原性的原理，設(shè)計創(chuàng)制了超級有機(jī)光還原劑KQGZ，首次實(shí)現(xiàn)了低溫下的特氟龍及小分子PFAS的完全脫氟礦化，并將其高效回收為無機(jī)氟鹽和碳資源。還原劑是能夠提供電子的化學(xué)物質(zhì)，而超級還原劑則是能夠把電子注入到還原電位低于負(fù)3伏特化學(xué)鍵的電子供體。該團(tuán)隊(duì)首次報道了高度扭曲咔唑核對超級光還原劑電子得失的促進(jìn)作用從而實(shí)現(xiàn)永久化學(xué)品的完全脫氟；發(fā)現(xiàn)了光還原劑的激發(fā)態(tài)氧化電位與其還原能力無直接關(guān)聯(lián)，且并非判斷光催化劑還原能力的唯一標(biāo)準(zhǔn)；提出了對特氟龍等PFAS能否進(jìn)行完全還原脫氟可作為有機(jī)還原劑的還原能力標(biāo)準(zhǔn)。

超級有機(jī)還原劑KQGZ是我國科學(xué)家獨(dú)立設(shè)計創(chuàng)制、具有原創(chuàng)性的獨(dú)特光還原催化劑，具有廣譜的催化斷裂牢固碳-雜以及雜-雜原子鍵性能，在目前已嘗試的百余類反應(yīng)中均取得理想結(jié)果。實(shí)驗(yàn)證明，超級有機(jī)還原劑的扭曲結(jié)構(gòu)促進(jìn)了電子得失，從而實(shí)現(xiàn)了超級還原作用，為新型超級光還原劑的設(shè)計和研制提供了新思路。

研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。該工作由中國科大和南京工業(yè)大學(xué)的科研人員合作完成。

論文鏈接

科學(xué)家在光催化全氟和多氟烷基物質(zhì)低溫脫氟領(lǐng)域取得重要進(jìn)展