研究人員開發出了一種更安全、更環保的氟化合物生產方法，無需使用有害的氟化氫氣體。這項新技術受到生物礦化過程的啟發，可能會徹底改變氟化學工業，並促使一家名為FluoRok 的公司成立，以實現該技術的商業化。

新開發的氟化合物生成方法背後的球磨過程藝術圖解。資料來源：Calum Patel

牛津大學的化學家們首次在不使用危險的氟化氫氣體的情況下生成了對許多行業至關重要的氟化合物。這種創新方法的靈感來自於形成我們牙齒和骨骼的生物礦化過程。相關成果發表在權威雜誌《科學》上。

一個化學家小組開發出了一種全新的方法，可以繞過危險產品氟化氫（HF）氣體，生成極其重要的氟化合物。該研究成果於7 月20 日發表在《科學》雜誌上，可對改善日益增長的全球工業的安全性和碳足跡產生巨大影響。

氟化學品是一類具有廣泛重要用途的化學品，包括聚合物、農用化學品、藥品以及智能手機和電動汽車中的鋰離子電池，2018 年的全球市場規模達214 億美元。目前，所有氟化合物都是通過高能耗工藝從有毒和腐蝕性氣體氟化氫（HF）中生成的。儘管制定了嚴格的安全法規，但在過去幾十年中，氟化氫洩漏事故仍屢屢發生，有時還會造成致命事故和有害環境影響。

為了開發一種更安全的方法，牛津大學的化學家團隊與牛津大學衍生公司FluoRok、倫敦大學學院和科羅拉多州立大學的同事一起，從形成牙齒和骨骼的自然生物礦化過程中汲取靈感。通常，氟化氫本身是在苛刻的條件下通過一種名為螢石（CaF2）的結晶礦物與硫酸反應生成的，然後再用於製造氟化合物。在新方法中，氟化合物直接由CaF2 製成，完全繞過了氟化氫的生產過程：這是化學家幾十年來一直在追求的成就。

研究人員利用X 射線衍射等高精密技術，揭開了有關Fluoromix 組成和氟化物質結構的關鍵信息。圖中顯示了作為氟化試劑的Fluoromix 晶體成分的結構。資料來源：邁克爾-海沃德教授

在這種新方法中，固態CaF2 由生物礦化啟發過程激活，該過程模仿了磷酸鈣礦物質在牙齒和骨骼中的生物形成方式。研究小組將CaF2 與粉末狀磷酸二氫鉀鹽在球磨機中研磨數小時，使用的機械化學過程是從我們用杵和臼研磨香料的傳統方法演變而來的。

由此產生的粉末狀產品被稱為Fluoromix，可直接從CaF2 合成50 多種不同的氟化合物，產率高達98%。所開發的方法有可能簡化當前的供應鏈並降低能源需求，有助於實現未來的可持續發展目標，並降低該行業的碳足跡。

令人興奮的是，所開發的固態工藝對於酸級螢石（> 97%，CaF2）和合成試劑級CaF2 同樣有效。該工藝代表了全球氟化工產品生產模式的轉變，並促成了FluoRok 公司的成立，該公司是一家分拆公司，致力於該技術的商業化以及安全、可持續和高成本效益氟化技術的開發。研究人員希望這項研究能鼓勵世界各地的科學家為具有挑戰性的化學問題提供顛覆性的解決方案，從而為社會帶來益處。

牛津大學化學系的卡勒姆-帕特爾（Calum Patel）是這項研究的主要作者之一，他介紹說：”用磷酸鹽對CaF2 進行機械化學活化是一項令人興奮的發明，因為這一看似簡單的過程是解決複雜問題的高效方法。合作是回答這些問題的關鍵，也是推進我們對這一尚未探索的氟化學新領域的理解的關鍵。應對重大挑戰的成功解決方案來自於多學科方法和專業知識，我認為這項工作真正體現了這一點的重要性。”

這項研究的構思和領導者、牛津大學化學系的Véronique Gouverneur FRS 教授說：

“直接使用CaF2 進行氟化是這一領域的終極目標，幾十年來人們一直在尋求解決這一問題的方法。如今，向可持續的化學品製造方法過渡，減少或消除對環境的有害影響，已成為一個高度優先的目標，可以通過雄心勃勃的計劃和對當前製造工藝的全面反思來加快實現這一目標。這項研究是朝著這個方向邁出的重要一步，因為在牛津大學開發的方法有可能在學術界和工業界的任何地方實施，通過縮短供應鍊等方式最大限度地減少碳排放，並在全球供應鏈脆弱的情況下提高可靠性。”