本网讯 近日，中南大学物理学院刘敏团队在国际权威期刊《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）上发表题为《杂原子工程化原子电场激活C-F键以实现高效全氟碳分解》（Heteroatom-Engineered Atomic Electric Fields Activate C–F Bond for Efficient Perfluorocarbon Decomposition）的研究成果。罗文杰博士为文章第一作者，刘敏教授为文章的通讯作者。

全氟和多氟烷基物质在工业过程中广泛应用，但其持久性和生物毒性对环境和人类健康构成重大风险。其中，四氟化碳是大气中含量最丰富的全氟烷基物质，不仅全球变暖潜能值极高，大气寿命超过5万年，而且是许多长链全氟化合物降解的终产物。因此，实现CF₄的有效分解是任何完整全氟化合物降解策略的先决条件。欧盟碳边境调节机制等日益严格的法规对CF₄减排提出了迫切需求。

催化水解法被认为是最有前景的CF₄去除技术之一，因其操作温度低于热焚烧且避免二次污染。然而，CF₄极低的极化性和极高的C–F键解离能，使其水解效率受到根本性限制。因此，直接削弱催化活性位点处C–F键的策略至关重要。电场辅助活化近年来已成为一种削弱惰性分子（如N₂、CH₄）中强共价键的有效手段。原则上，CF₄可经历类似过程：电场诱导界面极化和瞬态偶极形成，导致C–F键伸长和解离能垒降低。然而，等离子体技术中使用的外加电场受限于表面场强不足、电荷快速耗散以及电场与吸附分子耦合弱等问题。

局域电场由催化剂内部非对称电荷分布固有产生，为这一问题提供了解决方案。与宏观外加电场不同，局域电场源于催化位点的局域配位环境和电子结构，能与吸附分子实现定向、紧密耦合。更重要的是，局域电场可达到10⁸–10¹⁰ N/C的场强，比外加电场高出数个数量级，且不受体相电荷衰减效应限制。因此，合理调控活性中心与邻近原子之间的电荷转移，为定制局域静电环境、促进CF₄活化提供了有效途径。

原子局域电场诱导界面CF₄极化示意图

该研究提出了一种强有力的原子级局域电场（LEF）调控策略，实现了CF4的高效活化与分解。通过将Ga−Zn双原子引入Al2O3(命名为Ga1Zn1/Al2O3)，产生了高度增强且空间限域的电场（~3×10¹⁰ N/C）。光谱表征揭示，该局域电场增强了邻近三配位Al（AlIII）位点的路易斯酸性，通过界面极化显著加强了CF4的吸附，并促进了C−F键的拉伸和断裂。因此，Ga1Zn1/Al2O3催化剂在540°C的超低温度下实现了CF4的完全转化，其表观周转频率比原始Al2O3高4.5倍，表观活化能降低近一半。该催化剂还表现出卓越的耐久性，在连续运行超过600小时内保持100%的转化率，显示了其强大的结构和催化稳定性。该研究确立了双原子诱导的局域电场工程作为一种活化超稳定氟碳化合物的强大策略，并为持久性全氟污染物的可持续降解提供了一条有前景的途径。

（一审：王邦安 二审：唐潇珺 三审：韩艳）