中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心及化学系的研究团队发展了特氟龙等全氟及多氟烷基化学品的低温还原脱氟分解的变革性新方法。在该工作中，研究人员创制了扭曲促进电子得失的有机小分子超级光还原剂KQGZ，并基于此发展了低温（40-60℃）催化还原特氟龙等全氟及多氟烷基化合物的完全脱氟新方法。北京时间11月20日24时，相关成果以“Photocatalytic low-temperature defluorination of PFASs”为题发表在国际著名学术期刊《自然》上。
全氟和多氟烷基物质（PFAS）由于其分子内牢固的碳-氟键，具有独特的热稳定性、化学稳定性、疏水及疏油特性等，广泛应用于化工、电子、医疗设备、纺织机械、核工业等领域。但是碳-氟键的惰性也导致PFAS在自然环境或温和条件下难以降解。例如，特氟龙在260℃的温度下可以维持多年而不分解；而在500℃以上分解时则会释放出有毒气体。因此，PFAS被称为永久化学品。而被废弃于自然界中的PFAS，则引发了一系列的环境及健康问题。
围绕上述挑战，中国科学技术大学研究团队基于在特定光照具有超强还原性的原理，设计创制了超级有机光还原剂（取名为KQGZ），首次实现了低温下特氟龙及小分子PFAS的完全脱氟矿化，将其高效回收为无机氟盐和碳资源。还原剂是能够提供电子的化学物质；而超级还原剂则是能够把电子注入到还原电位低于负3伏特的化学键的电子供体。该研究不仅首次报道了高度扭曲咔唑核对于超级光还原剂电子得失的促进作用，从而实现永久化学品的完全脱氟；也表明了光还原剂的激发态氧化电位，与其还原能力并无直接关联，并非判断光催化剂还原能力的唯一标准；能否对特氟龙等PFAS进行完全还原脱氟可作为有机还原剂的还原能力标准。
超级有机还原剂KQGZ是我国科学家独立设计创制、具有原创性的独特光还原催化剂，具有广谱的催化断裂牢固碳-杂以及杂-杂原子键的性能；在目前已经尝试的百余类反应中，均取得理想的结果。实验证明，其扭曲结构有效地促进了电子的得失，从而实现了超级还原作用，为新型超级光还原剂的设计和研制提供了新的思路。
该论文的第一作者是中国科大博士生张浩，第二作者是从本科就参与这项研究的中国科大硕士生陈锦祥。通讯作者是中国科大康彦彪教授和南京工业大学曲剑萍教授。该项研究工作获得了国家重点研发项目催化专项(2021YFA1500100)、国家自然科学基金面上项目(22271268)和合肥微尺度物质科学国家研究中心的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08179-1