本网讯 近日，中南大学物理学院刘敏教授团队在含氟温室气体治理领域取得重大突破，相关研究成果以《SO₂介导质子供给实现高效稳定催化水解全氟化碳》（Efficient and stable catalytic hydrolysis of perfluorocarbon enabled by SO₂-mediated proton supply）为题，发表于国际学术期刊《自然通讯》（Nature Communications）。论文第一作者为中南大学张行博士（现为洪堡学者，在德国慕尼黑大学进行合作研究），通讯作者为中南大学刘敏教授与德国慕尼黑大学Emiliano Cortés教授。

此次研究创新性地提出了利用工业废气中常见的二氧化硫（SO₂）作为“过程介质”，在催化剂表面原位构筑质子供给位点，从而破解了热催化水解全氟化碳（如四氟化碳CF₄）过程中长期存在的低温活性低与催化剂易失活的“双重瓶颈”，为半导体、铝电解等行业含氟温室气体的低能耗、高效治理开辟了新路径。

全氟化碳，特别是四氟化碳（CF₄），是铝电解、半导体制造等过程中排放的强效温室气体，其全球增温潜势（GWP）是二氧化碳的约7600倍，大气寿命长达数万年，且是许多长链全氟化合物降解的最终产物。因此，实现对CF₄的高效治理，对于实现深度减排和工业过程绿色化具有重大意义。

目前，热催化水解法被认为是将CF₄转化为无害的氟化氢（HF）和二氧化碳（CO₂）的有效手段。然而，该技术面临两大世界性难题：其一，在较低温度下，反应所需的表面羟基（-OH）和质子供给不足，导致破坏CF₄中极其稳定的碳-氟（C-F）键的动力学过程十分缓慢；其二，反应过程中产生的含氟中间体极易毒化催化剂的活性位点，导致催化剂迅速失活、寿命短，严重制约了其实际应用。值得注意的是，在真实工业尾气中，常常伴随着SO₂等被认为是催化剂“毒物”的组分。

刘敏团队另辟蹊径，提出了一个颠覆性的策略：将尾气中本应被去除的SO₂转化为调控催化过程的“过程介质”。研究发现，通过在反应体系中引入SO₂，能够在催化剂（如铝基、镓基催化剂）表面原位生成硫酸氢根（Al-HSO₄）和硫氢根（Ga-HS）等物种。这些物种充当了高效的质子供给位点，显著强化了水分子的解离和质子的持续生成。基于上述创新策略，研究团队开发的催化剂在550°C的温和条件下即可实现CF₄的完全分解，并且在复杂工况下，稳定运行时间超过2500小时而未出现明显失活。这一成果首次在较低温度下实现了催化剂的高活性与超长寿命的协同提升，为解决含氟温室气体治理中的能耗高、设备腐蚀、副产物难控等工程难题提供了全新的可能。

CF₄和SO₂协同反应机理示意图

此研究不仅为CF₄等含氟温室气体的低温高效治理提供了一种可推广的新范式，而且提出并验证了一种普适性的催化设计新思路，将传统意义上的“污染物”或“共存组分”巧妙地转化为可控的活性位调控因子，即“过程介质”，从而在治理污染的同时实现资源与效能的最大化利用。这一颠覆性理念有望在未来被拓展应用于更广泛的催化与环境治理领域。

（一审：邢兆瑞 二审：李丹妮 三审：韩艳）