新型還原劑實現(xiàn)“永久化學(xué)品”的低溫高效降解

本報訊（記者王敏）中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授康彥彪團(tuán)隊創(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，并基于此開發(fā)了40℃~60℃低溫的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21日，研究成果在線發(fā)表于《自然》。

（圖片來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)官網(wǎng)）

全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）因其分子內(nèi)有牢固的碳-氟鍵，具有獨(dú)特的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、疏水及疏油等特性，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。但是，碳-氟鍵的惰性也導(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℃溫度下可以維持多年而不分解，而在500℃以上分解時則會釋放有毒氣體。因此，PFAS被稱為“永久化學(xué)品”。被廢棄于自然界中的PFAS，因難以回收利用引發(fā)了一系列環(huán)境及健康問題。

圍繞上述挑戰(zhàn)，康彥彪團(tuán)隊基于扭曲促進(jìn)電子得失策略，設(shè)計并創(chuàng)制了在特定光照下具有超強(qiáng)還原性的超級有機(jī)光還原劑KQGZ，首次實現(xiàn)了低溫下特氟龍及小分子PFAS的完全破壞、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)，超級還原劑則是能夠把電子注入還原電位低于-3伏特的化學(xué)鍵的電子供體，其還原能力與金屬鋰單質(zhì)相當(dāng)或更強(qiáng)。該研究不僅首次報道了高度扭曲咔唑核對于超級光還原劑電子得失的促進(jìn)作用，從而實現(xiàn)永久化學(xué)品的完全脫氟，也表明了光還原劑的激發(fā)態(tài)氧化電位與其還原能力無直接關(guān)聯(lián)，其并非是判斷光催化劑還原能力的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

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。在目前已經(jīng)嘗試的百余類反應(yīng)中，KQGZ均取得了理想結(jié)果。實驗證明，其扭曲結(jié)構(gòu)有效促進(jìn)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。