同期两篇Nature论文，光催化降解“永久化学品”PFAS

在现代生活中，我们周围充斥着各种各样的化学物质，它们在带来便利的同时，也隐藏着一些潜在的风险。其中，全氟和多氟烷基物质（PFAS）就是这样一类备受关注的化学物质。

PFAS 的起源要从 20 世纪 30 年代说起，当时随着聚四氟乙烯（PTFE），也就是我们熟知的特氟龙的问世，PFAS 走进了人们的生活。它们凭借超强的防水、防油和耐热性能，被广泛应用于不粘锅、防水衣物、化妆品、消防泡沫、食品包装等众多日常用品中。可以说，PFAS 在一定程度上改变了我们的生活方式，让我们的生活变得更加便捷和舒适。

然而，PFAS 也有其不利的一面。它们被称为“永恒的的化学物质”。这是因为其碳-氟（C-F）键极其稳定，很难在自然环境中分解，可能在环境中存在数千年甚至更久。不仅如此，PFAS 还具有高毒性，与癌症、免疫系统抑制以及发育问题等健康风险密切相关。随着时间的推移，PFAS 在环境中的积累越来越多，对生态系统和人类健康构成了严重威胁。

因此，科学家们一直在努力寻找解决 PFAS 问题的方法。近日，在 Nature 期刊上发表的相关论文：美国科罗拉多州立大学的 Garret Miyake 团队和中国科学技术大学的康彦彪团队分别为解决 PFAS 污染提出了创新的解决方案，阐述了光催化技术在 PFAS 处理中的应用，为降解 PFAS 提供了新的化学方法和思路。

这两种方法都将催化剂与一些由可见光能量驱动的相对简单的化学反应结合起来。在每种情况下，催化剂都会吸收光，然后引发反应。

Garret Miyake 团队的研究成果展示了一种有机光催化系统，利用苯并 [ghi] 苝酰亚胺（BPI）与四丁基氟化铵（nBu4NF）的组合，在蓝色光照射下激活 C-F 键。

实验中，多种含氟化合物在该系统中发生反应，如氟苯、烷基氟化物等转化为脱氟产物，产率可观，部分天然产物和药物衍生物也能有效脱氟。此方案还成功使全氟辛酸（PFOA）等高稳定性 PFAS 降解，且对聚（4-氟苯乙烯）等聚合物实现可控脱氟，展示出广泛的适用性。

而康彦彪团队则采用了一种扭曲的咔唑核有机超强还原剂 KQGZ，在较低温度（40-60℃）下，通过光催化作用使 PFAS 发生脱氟反应，将其分解为较小的成分，如碳酸盐、甲酸盐、草酸盐和三氟乙酸盐等。以聚四氟乙烯（PTFE）为例，该反应生成无定形碳和氟化物盐，PTFE 中的 C-F 键近乎完全断裂。对于全氟碳（PFCs）、全氟辛烷磺酸（PFOS）等低聚 PFAS，也能有效脱氟生成多种含碳产物，产率高达 80%。该研究不仅成功处理了 PFAS，还实现了氟元素的回收。

不过，虽然处理 PFAS 污染技术正在不断提升，但是更新PFAS使用相关的法规并加强监管也至关重要。目前，科学家们正在建议欧洲化学品管理局禁止 10,000 种常用的 PFAS 物质，全球层面的《斯德哥尔摩公约》也在重新审视 PFAS 的相关规定，将更多 PFAS 列入禁止名单。同时，各国也在加强对饮用水中 PFAS 含量的限制，以保障公众健康。

除此之外，寻找安全的 PFAS 替代品也是当务之急。在医药领域，科学家们正在努力研发既能保持药物稳定性，又能在体内安全降解的含氟药物分子。在制冷剂等领域，虽然已经有非氟替代品如氨气和二氧化碳，但距离大规模应用，还仍需要克服技术和监管等方面的种种障碍。

总而言之，这两项研究无疑是在解决 PFAS 污染问题上的重大突破，应用后或有希望大幅降低 PFAS 对环境和人类健康的损害。不过，我们仍然应该清楚地认识到，要彻底解决 PFAS 问题，还有很长的路要走，这些研究成果还需要在实际场景中进行广泛测试，验证其有效性和可行性，比如开发一种能够在废水处理中高效工作的催化剂，或者探索能够用于清理受污染土壤中 PFAS 的技术，甚至尝试能否利用太阳能驱动这些反应等等。最终令整个污染处理的应用场景变得更加广泛，过程也更加环保和可持续。

参考文献：

1、https://www.nature.com/articles/d41586-024-03753-z

2、https://www.nature.com/articles/s41586-024-08327-7

3、https://www.nature.com/articles/s41586-024-08179-1

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