中國(guo)金宝搏入口188康(kang)彥彪教授(shou)研究團隊(dui)開發(fa)了一(yi)種利(li)用(yong)超(chao)級電容器輔助的(de)(de)電光(guang)還原催(cui)化(hua)體(ti)系，為解(jie)決由聚(ju)四氟(fu)乙(yi)烯(xi)和PFASs降解(jie)困(kun)難引發(fa)的(de)(de)環境(jing)問題提供了更多的(de)(de)可(ke)能。該項成果于3月13日在線發(fa)表于《德國(guo)應(ying)用(yong)化(hua)學》（Angewandte Chemie International Edition）。

聚四氟(fu)乙(yi)烯因其惰性(xing)的碳-氟(fu)鍵具有(you)優異的熱穩定性(xing)和(he)化學穩定性(xing)，同(tong)時也具有(you)疏(shu)水和(he)疏(shu)油(you)等(deng)特性(xing)，因而被(bei)廣泛應用在各個領(ling)域。但(dan)高(gao)度的穩定性(xing)也導致廢棄的聚四氟(fu)乙(yi)烯難以降解回收；通常(chang)需要(yao)高(gao)能(neng)耗(hao)的熱裂(lie)解等(deng)方(fang)法，而低溫(wen)條件下的脫氟(fu)降解則需要(yao)用液態堿(jian)金屬等(deng)強還原(yuan)劑實現。

光催化可(ke)(ke)以在溫和(he)的(de)條(tiao)件(jian)下實現傳統(tong)方法(fa)無法(fa)實現的(de)化學轉化，為聚(ju)四氟(fu)乙(yi)(yi)烯(xi)的(de)降解提供了(le)新的(de)可(ke)(ke)能(neng)。然而，目前利用可(ke)(ke)見光催化體系對聚(ju)四氟(fu)乙(yi)(yi)烯(xi)進行處(chu)理，脫氟(fu)率小于5%（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202408687）。

康彥(yan)彪教授團隊一直致力于惰(duo)性(xing)碳(tan)-雜(za)鍵等的活化(hua)斷裂研(yan)究，在(zai)此研(yan)究基礎上，發展了基于扭(niu)曲咔唑結構的高(gao)效光催(cui)化(hua)體(ti)系(xi)(xi)，光還原(yuan)催(cui)化(hua)劑的扭(niu)曲結構導致其(qi)具有優異的單電子轉移(yi)能力，從(cong)而實現了一系(xi)(xi)列聚四氟乙烯(xi)等一系(xi)(xi)列穩定分(fen)子中惰(duo)性(xing)碳(tan)-雜(za)鍵的斷裂轉化(hua)（Nature 2024, 635, 610）。但(dan)是(shi)在(zai)這一過(guo)程中，由于聚四氟乙烯(xi)疏水、疏油、不(bu)溶(rong)于幾乎所(suo)有的有機溶(rong)劑，并且助還原(yuan)劑溶(rong)解(jie)性(xing)差導致用(yong)量高(gao)；因此，反(fan)應(ying)體(ti)系(xi)(xi)為多種固(gu)體(ti)和液體(ti)混合(he)的多相反(fan)應(ying)體(ti)系(xi)(xi)。而對于光反(fan)應(ying)而言，大(da)量不(bu)溶(rong)固(gu)體(ti)的存在(zai)降低了光的透過(guo)性(xing)，這就導致該反(fan)應(ying)對光源和體(ti)系(xi)(xi)的分(fen)散(san)程度要求極高(gao)，對開展大(da)規(gui)模的反(fan)應(ying)不(bu)利。

為(wei)了(le)解決上(shang)述問題(ti)，研(yan)究團隊(dui)開發(fa)(fa)(fa)了(le)一種利用(yong)超(chao)級電(dian)容(rong)器輔助的(de)電(dian)光還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)催(cui)化(hua)體(ti)(ti)系(xi)(xi)：利用(yong)電(dian)化(hua)學的(de)方(fang)法輔助生成光催(cui)化(hua)活性物(wu)種，取代光催(cui)化(hua)反應(ying)中(zhong)溶解性極差(cha)的(de)助還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)劑。通過光化(hua)學和電(dian)化(hua)學的(de)協同作用(yong)，對(dui)聚(ju)四氟(fu)(fu)(fu)乙(yi)烯的(de)碳(tan)-氟(fu)(fu)(fu)鍵進(jin)行有(you)(you)效的(de)電(dian)子注(zhu)入，從而實現了(le)在溫(wen)和條件下的(de)聚(ju)四氟(fu)(fu)(fu)乙(yi)烯還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)脫氟(fu)(fu)(fu)反應(ying)。這(zhe)(zhe)一電(dian)光還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)催(cui)化(hua)體(ti)(ti)系(xi)(xi)的(de)發(fa)(fa)(fa)展，有(you)(you)效避(bi)免了(le)單獨光催(cui)化(hua)還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)體(ti)(ti)系(xi)(xi)中(zhong)需要過量的(de)助還(huan)(huan)原(yuan)(yuan)劑作為(wei)電(dian)子供體(ti)(ti)這(zhe)(zhe)一問題(ti)；并(bing)且將反應(ying)的(de)規模由毫克級進(jin)一步(bu)提升到了(le)克量級。同時該催(cui)化(hua)體(ti)(ti)系(xi)(xi)對(dui)于其(qi)他小分子的(de)多氟(fu)(fu)(fu)或全氟(fu)(fu)(fu)烷基物(wu)質(zhi)（PFASs）的(de)脫氟(fu)(fu)(fu)也具有(you)(you)良好的(de)適用(yong)性。此外(wai)，超(chao)級電(dian)容(rong)器具有(you)(you)充電(dian)速度快、工(gong)作效率高(gao)(gao)、能(neng)(neng)量比(bi)高(gao)(gao)、耐超(chao)高(gao)(gao)溫(wen)、循環(huan)使用(yong)壽命長(chang)等特點(dian)，因此利用(yong)具有(you)(you)便攜性的(de)超(chao)級電(dian)容(rong)器作為(wei)電(dian)能(neng)(neng)的(de)供體(ti)(ti)，可以在戶外(wai)以太陽(yang)光作為(wei)光能(neng)(neng)量源(yuan)，實現對(dui)聚(ju)四氟(fu)(fu)(fu)乙(yi)烯的(de)脫氟(fu)(fu)(fu)反應(ying)。這(zhe)(zhe)為(wei)解決由聚(ju)四氟(fu)(fu)(fu)乙(yi)烯和PFASs降解困難引發(fa)(fa)(fa)的(de)環(huan)境問題(ti)提供了(le)更多的(de)可能(neng)(neng)。

在這一研(yan)(yan)究(jiu)中(zhong)，采用(yong)了包括拉(la)曼(man)光(guang)譜、X射線光(guang)電(dian)子(zi)能譜、固體核磁共振、傅里葉變換紅外光(guang)譜等(deng)多種(zhong)測(ce)試(shi)手段對聚(ju)四氟(fu)乙烯脫(tuo)氟(fu)的(de)(de)(de)固體產物進(jin)行表(biao)征，確認其中(zhong)含有(you)(you)脂肪結(jie)構、芳香結(jie)構及(ji)含氧官(guan)能團，并(bing)且(qie)具有(you)(you)有(you)(you)規則(ze)的(de)(de)(de)碳(tan)結(jie)構（拉(la)曼(man)G峰(feng)）和(he)無規則(ze)的(de)(de)(de)碳(tan)結(jie)構（拉(la)曼(man)D峰(feng)）。結(jie)合(he)脫(tuo)氟(fu)后的(de)(de)(de)固體產物結(jie)構、反應(ying)中(zhong)觀測(ce)到的(de)(de)(de)副產物等(deng)實驗結(jie)果(guo)以及(ji)前(qian)期研(yan)(yan)究(jiu)工(gong)作基礎和(he)相(xiang)關文獻報(bao)道，對脫(tuo)氟(fu)反應(ying)的(de)(de)(de)過程也進(jin)行了初步(bu)討論，提出了可能的(de)(de)(de)反應(ying)機理。

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論文鏈接：//onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202422043