來源：《中國科學報》第3版 綜合
發布時間：2025-09-25
本報訊（記者孫丹寧）近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員王峰、副研究員賈秀全團隊與中國科學院院士、中國科學院生態環境研究中心研究員江桂斌團隊合作，利用微液滴在氣-液-固三相界面的接觸起電現象，開發出一種在水相溫和條件下高效礦化全氟辛酸的新策略，可有效避免二次污染物的生成。相關成果發表于《美國化學會志》。
全氟化合物（PFAS）廣泛應用于泡沫滅火劑、涂料、防污涂層等，具有難降解、可長距離遷移、易生物累積以及具有潛在健康風險等特性，已成為我國污染防治攻堅戰的重點與難點。現有PFAS降解技術通常需在苛刻條件下運行，且存在降解不徹底、生成短鏈PFAS副產物等局限性。
王峰團隊前期通過超聲驅動水在微液滴、水汽及體相之間的快速轉化，制備出具有交流電壓的“人造云”，并基于此開展了多項帶電微液滴氧化還原反應的研究。此次工作中，該團隊在“人造云”中進一步引入硅酸鈣，利用微液滴在氣-液-固三相界面的接觸電致化學反應，實現了全氟辛酸的高效礦化及氟離子的固定。
團隊首先通過云水中的電壓測試及暗室發光實驗，證實了微液滴在氣-液-固三相界面因接觸起電所導致的靜電擊穿，并通過電子順磁共振譜確認了以上起電-放電過程中的電子轉移導致水分解產生氫自由基和羥基自由基。理論計算結合高分辨質譜表征證實，微液滴界面產生的水合電子和自由基可以導致全氟烷基鏈深度脫氟加氫。該脫氟加氫路徑先于全氟烷基鏈的C-C鍵裂解路徑發生，從而抑制了短鏈PFAS的生成。
團隊進一步通過核磁共振波譜、離子色譜、氣相色譜等表征對全氟辛酸的轉化與產物進行定量分析，結果表明，反應6小時后，全氟辛酸接近完全礦化，生成氫碳比在0.5至1范圍內可控的合成氣，碳收率大于98%。繼續反應24小時后，水中全氟羧酸濃度達到美國環保署和歐盟《飲用水指令》針對飲用水中PFAS濃度的最新要求。在此基礎上，團隊驗證了微液滴連續反應裝置的可行性：連續反應500小時，全氟辛酸降解率穩定保持在90%左右，同時體系中氟離子殘留量在1ppm（百萬分之一）上下波動，符合地表水環境質量標準。
相關論文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.5c06438
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