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加快打造原始創(chuàng)新策源地,加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),努力搶占科技制高點(diǎn),為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康,率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地,率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù),率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁(yè) > 科研進(jìn)展

科學(xué)家在光催化全氟和多氟烷基物質(zhì)低溫脫氟領(lǐng)域取得突破

2024-11-21 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
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中國(guó)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(jí)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?jiān)?60℃的溫度下可維持多年而不分解;而在500℃以上分解時(shí)則會(huì)釋放出有毒氣體。因此,PFAS被稱(chēng)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(wèn)題。

針對(duì)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(jì)創(chuàng)制了超級(jí)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(wú)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(jí)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(bào)道了高度扭曲咔唑核對(duì)超級(jí)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(wú)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(duì)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(jí)有機(jī)還原劑KQGZ是我國(guó)科學(xué)家獨(dú)立設(shè)計(jì)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(lèi)反應(yīng)中均取得理想結(jié)果。實(shí)驗(yàn)證明,超級(jí)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(jí)還原作用,為新型超級(jí)光還原劑的設(shè)計(jì)和研制提供了新思路。

研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。該工作由中國(guó)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

打印 責(zé)任編輯:侯茜

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