本网讯 近日，中南大学刘敏教授在C-F键活化及全氟污染物完全降解方面取得重要进展，相关成果发表在国际权威期刊《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）上。中南大学为该项研究成果的第一完成单位，罗文杰博士为论文第一作者，刘敏教授为通讯作者。

全氟化合物（PFCs）因其独特的性质被广泛应用于工业领域。然而，它们的持久性和生物毒性对环境和人类健康构成了重大威胁，是亟待处理的环境污染物。降解PFCs污染物的挑战在于其最强的共价键，C−F键的强度。尤其是CF₄，其具有高度对称的四面体结构以及最强的C−F键（543 kJ mol⁻¹），使其成为大气中浓度最高的PFC，并且具有最大的温室效应。因此，开发一种经济高效的CF₄分解方法对于实现可持续未来至关重要且具有重要意义。在CF₄污染物降解技术中，催化水解法因其高分解效率、无有毒副产物以及大规模应用的潜力，被认为是最有前景的方法之一。但由于裂解强C−F键所需的高反应温度而面临挑战。

图1.原子协同的L和B酸位点促进C-F键活化以CF4完全降解的示意图

图2.原子协同的L和B酸位点的透射电子显微镜以及同步辐射表征图

热催化水解法因其分解速度快和无有毒副产物的优势最具大规模应用的潜力，但高度对称的单碳结构和极难活化的C‒F键使得CF₄分解需要较高的温度。该研究开发了一种创新的C−F活化策略，通过在原子分散的Zn−O−Al位点上构建协同的Lewis和Brønsted酸对来促进C−F键的活化。以分解典型的PFCs, CF₄为例，密度泛函理论DFT计算表明，三配位的Al（Al_III）位点具有路易斯（L）酸性，可以为CF₄分子提供稳定的吸附位点；而Zn−OH位点具有布朗斯特（B）酸性，能够与吸附的CF₄分子相互作用，从而拉伸并活化C−F键（见图1）。X射线吸收光谱（XAS）、吡啶红外光谱（Py-IR）和氨程序升温解吸（NH₃-TPD）证实了在原子分散的Zn−O−Al位点上存在Al_III和Zn-OH。CF₄-TPD和原位红外光谱证实，Zn−O−Al位点有利于CF₄吸附和C-F键活化。结果表明，具有协同Lewis和Brønsted相对的Zn−O−Al位点在560°C的低温下实现了100%的CF₄分解，并在超过250h的时间内表现出出色的稳定性。这项工作为在较低温度下高效活化C−F键和分解CF₄提出了一种创新策略。

该研究获得了国家自然科学基金、湖南省科技创新计划、中南大学前沿交叉研究计划、中南大学创新驱动研究计划、粉末冶金国家重点实验室以及中南大学高性能计算公共平台的支持。

（一审：张亚轩 二审：李丹妮 三审：李殷）