中國科學技術(shù)大學研究團隊發(fā)展了特氟龍等全氟及多氟烷基化學品的低溫還原脫氟分解的變革性新方法。該研究創(chuàng)制了扭曲促進電子得失的有機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，具有獨特的熱穩(wěn)定性、化學穩(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)，該團隊基于在特定光照具有超強還原性的原理，設(shè)計創(chuàng)制了超級有機光還原劑KQGZ，首次實現(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氟鹽和碳資源。還原劑是能夠提供電子的化學物質(zhì)，而超級還原劑則是能夠把電子注入到還原電位低于負3伏特化學鍵的電子供體。該團隊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作用從而實現(xiàn)永久化學品的完全脫氟；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準；提出了對特氟龍等PFAS能否進行完全還原脫氟可作為有機還原劑的還原能力標準。
超級有機還原劑KQGZ是我國科學家獨立設(shè)計創(chuàng)制、具有原創(chuàng)性的獨特光還原催化劑，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。實驗證明，超級有機還原劑的扭曲結(jié)構(gòu)促進了電子得失，從而實現(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研發(fā)計劃和國家自然科學基金等的支持。該工作由中國科大和南京工業(yè)大學的科研人員合作完成。
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科學家在光催化全氟和多氟烷基物質(zhì)低溫脫氟領(lǐng)域取得重要進展
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