中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授康彥彪研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種利用超級(jí)電容器輔助的電光還原催化體系，實(shí)現(xiàn)了在溫和條件下的聚四氟乙烯還原脫氟反應(yīng)，為該類物質(zhì)的綠色降解提供了更多可能。該項(xiàng)成果日前在線發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》。
聚四氟乙烯因其惰性的碳-氟鍵具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)也具有疏水和疏油等特性，因而被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。但高度的穩(wěn)定性也導(dǎo)致廢棄的聚四氟乙烯難以降解回收，通常需要高能耗的熱裂解等方法，而低溫條件下的脫氟降解則需要用液態(tài)堿金屬等強(qiáng)還原劑實(shí)現(xiàn)，因此聚四氟乙烯等被稱為“永久化學(xué)品”。
電光催化可以在溫和的條件下實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方法無法實(shí)現(xiàn)的化學(xué)轉(zhuǎn)化，為聚四氟乙烯的降解提供了新的可能。在前期光催化降解聚四氟乙烯工作的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種利用超級(jí)電容器輔助的電光還原催化體系：利用電化學(xué)的方法輔助生成光催化活性物種，取代光催化反應(yīng)中溶解性極差的助還原劑。通過光化學(xué)和電化學(xué)的協(xié)同作用，對(duì)聚四氟乙烯的碳-氟鍵進(jìn)行有效的電子注入，從而實(shí)現(xiàn)了在溫和條件下的聚四氟乙烯還原脫氟反應(yīng)。
研究人員介紹，這一電光還原催化體系的發(fā)展，有效避免了單獨(dú)光催化還原體系中需要過量的助還原劑作為電子供體這一問題。并且將反應(yīng)的規(guī)模由毫克級(jí)進(jìn)一步提升到了克量級(jí)。同時(shí)該催化體系對(duì)于其他小分子的多氟或全氟烷基物質(zhì)的脫氟也具有良好的適用性。此外，超級(jí)電容器具有充電速度快、工作效率高、能量比高、耐超高溫、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此利用具有便攜性的超級(jí)電容器作為電能的供體，可以在戶外以太陽光作為光能量源，實(shí)現(xiàn)對(duì)聚四氟乙烯的脫氟反應(yīng)。這為解決由聚四氟乙烯和多氟或全氟烷基物質(zhì)降解困難引發(fā)的環(huán)境問題提供了更多的可能。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202422043
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