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第一作者：张浩
通讯作者：康彦彪，曲剑萍
通讯单位：中国科学技术大学，南京工业大学
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08179-1
摘要
全氟烷基和多氟烷基化合物（PFASs）因其独特的热稳定性、化学稳定性以及疏水和疏油性质，被广泛应用于日常消费品中。然而，这些性质也使得PFASs在环境中和人体内部难以分解，引发安全和健康问题。本研究报道了一种基于高度扭曲的咔唑核心的超光还原剂KQGZ，实现了PFASs在40-60°C下的光催化脱氟反应，为“永久化学品”PFASs的低温光还原脱氟提供了新的视角，并为发现新的超光还原剂开辟了道路。
研究成果
中国科学技术大学康彦彪、南京工业大学曲剑萍在《Nature》上发表了题为“Photocatalytic low-temperature defluorination of PFASs”的论文，研究团队通过使用超光还原剂KQGZ，成功实现了PFASs在较低温度下的脱氟反应。实验结果表明，聚四氟乙烯（PTFE）在反应中主要生成无定形碳和氟化盐，而低聚物PFASs如全氟化合物（PFCs）、全氟辛烷磺酸（PFOS）、全氟辛酸（PFOA）及其衍生物则生成碳酸盐、甲酸盐、草酸盐和三氟醋酸盐等脱氟产物。这一过程不仅促进了PFASs中氟的回收，还为PFASs的环境治理提供了新的思路。
论文亮点
1.低温脱氟：KQGZ作为一种超光还原剂，在40-60°C的低温条件下实现了PFASs的脱氟，相较于传统高温或强还原剂的方法，更具环境友好性。
2.高效率：PTFE的脱氟产率达到95%，显示出KQGZ的高效光催化活性。
3.氟回收：通过脱氟反应，氟可以以无机氟化盐的形式回收，为PFASs的环境治理和资源化提供了新途径。
4.机制探究：研究揭示了PTFE和低聚物PFASs在脱氟反应中的反应行为和产物组成差异，为理解PFASs的脱氟机制提供了深入见解。
图文导读
图1：展示了不同光还原剂对PTFE脱氟反应的影响，以及在标准条件下还原试剂的效果。
图2：通过一系列表征技术（如19F NMR、XPS、MAS-NMR等）确认了PTFE脱氟产物的生成和特性。
图3：展示了PFASs脱氟反应的效率和产物分布，以及荧光猝灭效应和Stern-Volmer图
图4：通过控制实验，探讨了C-F和C-C键断裂的选择性以及反应的自由基性质。
图5：提出了PTFE和PFASs光催化脱氟反应的可能机制。
结论
本研究通过KQGZ超光还原剂实现了PFASs在低温下的高效脱氟，不仅为PFASs的环境治理提供了新方法，也为光催化技术在持久性有机污染物处理中的应用开辟了新领域。
作者简介
康彦彪，中国科学技术大学教授，博士生导师。长期致力于独具特色的前沿和应用兼顾的基础研究，主要从事烃类的选择性清洁氧化研究。2002年本科毕业于南京大学，随后加入中科院上海有机化学研究所攻读博士，2007年获博士学位后在美国布兰迪斯大学、德国海德堡大学及巴斯夫-海德堡大学工作。2012年加入中国科学技术大学独立开展研究工作至今。
曲剑萍，南京工业大学教授。2001-2005 山东师范大学化学系，理学学士；2006-2011 上海有机化学研究所，理学博士（唐勇 研究员）；2011-2015 海德堡大学化学系，博士后，洪堡学者(Günter Helmchen 教授)；2016年至今 南京工业大学，先进化学制造研究院，教授。研究方向包括了：1.新型有机小分子光敏剂的设计、开发及在可见光催化的有机合成、功能聚合物合成中的应用；2.基于可见光催化的新型不对称催化体系研究以及在手性合成中的应用；3.新型过渡金属催化剂的设计以及在有机合成新反应、配位聚合反应中的应用；4.新型功能聚合物的合成方法以及应用开发。
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