第一作者：付开星
通讯作者：罗金明
通讯单位：上海交通大学
文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.4c06519
图文摘要
全文概述
本文详细介绍了近年来利用氟化物间的相互作用(F-F)增强对全氟烷基和多氟烷基物质(PFAS)选择性去除的技术进展。首先介绍了F-F相互作用的基础理论，强调其在提高PFAS吸附亲和力中的关键作用。文中详细探讨了几种主要类型的氟化吸附剂，包括无机氟化物、有机氟化物与含氟框架材料等，分析了它们的设计原理、制备方法及在PFAS去除过程中的性能表现。文中特别指出，基于F-F相互作用的吸附剂在其他竞争性污染物存在的情况下，对PFAS表现出了显著的选择性和高效性。此外，文章还讨论了多种协同作用机制，如与电荷作用、氢键及范德华力等的结合应用，进一步提高了PFAS的去除效率。最后，指出了当前研究中存在的挑战与机遇，并展望了通过更深入地探索F-F相互作用及其与其他作用机制的协同效应，开发更加高效、经济且环境友好的PFAS处理技术的可能性。
关键要点
Part.01
PFAS概述与挑战：
PFAS是一类化学稳定性良好的合成化合物，因其独特的化学性质被广泛应用于防水、防油和防污的产品中。PFAS的耐降解特性使其在环境中广泛存在，尤其是在水体中，导致其对生态系统和人类健康构成潜在威胁。
由于PFAS在中性pH条件下具有耐降解特性，使得从各种复杂水体中高效去除它们成为一个技术难题。
Part.02
F-F相互作用的重要性：
F-F相互作用是一种独特的非共价相互作用，能够在其他竞争性污染物存在的情况下，对氟化物具有高度选择性。
相比传统的静电相互作用，F-F相互作用能减少非目标污染物的吸附，从而显著提高对PFAS的高选择性。
Part.03
氟化吸附剂的设计与应用：
氟化吸附剂包括氟化无机材料（如氟化石墨烯）、氟化有机材料（如氟化水凝胶）、氟化框架材料（如氟化金属有机框架）等。
用于去除亲氟PFAS的氟化吸附剂的制备主要通过直接合成和后修饰两种方法，前者通过含氟单体影响吸附剂特性，后者则通过调整基础材料增强对最终性质和功能的控制，均在提升选择性吸附能力方面展现独特优势。
Part.04
F-F相互作用的机制：
F-F相互作用包括trans-/cis-几何化（类型I）和L-形（类型II）两种配置，类型I相互作用通常更强。
由于PFAS与氟化吸附剂具有相似的电负性环境，PFAS的氟化尾部能够与氟吸附剂中的氟化段形成高度选择性且特异性强的F-F相互作用。
F-F相互作用的累积效应可显著增强氟化物/材料的稳定性和反应性。
Part.05
氟化吸附剂的选择性：
氟化吸附剂的选择性受氟化位点配置、PFAS链长等多种因素影响。
支链PFAS由于空间位阻大、亲水性强，其去除效率通常低于直链PFAS。
Part.06
未来研究方向：
开发多功能氟化吸附剂，结合电荷作用、氢键及范德华力等多种作用机制，提高吸附容量和去除效率。
应用机器学习算法优化氟化吸附剂的设计，提高PFAS去除的选择性和效率。
探索电场辅助吸附技术，如电化学方法，以改善氟化吸附剂与PFAS的吸附/解吸过程。
图文信息
图1.探究F-F相互作用的时间轴及其在氟化物吸附剂去除PFAS中的应用
图2.(a)卤素-卤素相互作用的分类 (b)通过CSD搜索和统计分析得到的分子间F-F接触的几何参数（d、α和T）
图3.(a)不同类型氟化表面上PFAS分子吸附机制的示意图 (b)基于F-F相互作用和其他相互作用力的PFAS去除机制示意图 (c)废氟吸附剂再生示意图(F-F相互作用与静电作用：甲醇/NaCl混合溶液作为淋洗液)(F-F相互作用与其他作用力：甲醇或丙酮基有机溶剂作为淋洗液)
图4.基于F-F相互作用设计的不同类型的含氟吸附剂 (a)吸附能力显著增强的含氟无机吸附剂(如低密度氟- cf)和 (b)含氟有机吸附剂，如具有不同全氟烷基化合物去除性能的氟化水凝胶和离子氟凝胶
图5.(a)来自美国EPA方法8327的24-PFAS混合物的19F NMR谱中的一般峰分配 (b)在不含氟吸附剂(S1)和存在氟吸附剂的情况下，PFAS主体(PFOA、PFHxA、PFOS和PFMCH)在30°C下的19F NMR光谱(470 MHz)
图6.(a)全氟辛烷磺酸和全氟辛烷磺酸在C-F链和F-MT的烃部分的吸附构型和计算的吸附能 (b) OBS吸附在UiO-66-4F上的MD模拟以及OBS与UiO-66-4F的F原子间的RDF距离分布 (c)通过DFT计算的F-Cage 2、PFOA和F-Cage 2-PFOA的能级图、优化后的分子结构和ESP图
