立命館大學研究人員的一項新研究提出了一種利用可見光在室溫下對全氟辛烷磺酸（PFAS）進行脫氟處理的方法，可在8 小時內將這些有害化學物質完全分解為氟離子，從而實現工業用氟的可持續回收利用。

全氟烷基物質（PFASs）通常被稱為”永遠的化學物質”，對環境和公眾健康的危害日益嚴重。全氟烷基磺酸鹽和相關的全氟聚合物（PFs）最初是在1938 年為聚四氟乙烯（Teflon）而開發的，由於其卓越的穩定性和耐熱性和耐水性，已被廣泛使用。這些特性使它們成為炊具、服裝和消防泡沫等眾多產品中不可或缺的材料。然而，這種穩定性已成為一個重大問題。

全氟辛烷磺酸在環境中不易分解，導致它們在水、土壤甚至人體中積累，已知會致癌和擾亂荷爾蒙分泌。如今，在飲用水供應、食物甚至南極洲的土壤中都能發現這些化學物質。儘管有計劃逐步淘汰全氟辛烷磺酸的生產，但由於它們只有在超過400 °C 的溫度下才能分解，因此對它們進行處理仍然具有挑戰性。因此，一定數量的含有全氟辛烷磺酸和全氟醚的產品最終被填埋，這可能會造成未來的污染風險。

現在，立命館大學研究人員提出的室溫脫氟法可能會徹底改變全氟辛烷磺酸的處理方法。他們的研究發表在《Angewandte Chemie International Edition》雜誌上，詳細介紹了一種光催化方法，該方法利用可見光在室溫下將全氟辛烷磺酸和其他含氟聚合物（FPs）分解成氟離子。利用這種方法，研究人員在光照8 小時內就實現了全氟辛烷磺酸（PFOS）100% 的脫氟。

該研究的主要作者小林​​洋一教授說：”所提出的方法有望在溫和條件下有效分解各種全氟烷基物質，從而為建立可持續的氟回收社會做出重大貢獻。”

透過將可見LED 光照射到半導體奈米晶體上，可在環境條件下將全氟烷基物質和含氟聚合物高效分解為氟離子。分解是由光誘導配體位移和奧傑爾誘導電子注入的合作機制所驅動的，利用的是水合電子和更高的激發態。資料來源：日本立命館大學小林洋一教授

所提出的方法是在含有全氟辛烷磺酸（PFAS）、多溴聯苯（FPs）和三乙醇胺（TEOA）的溶液中，將可見LED 光照射到硫化鎘（CdS）奈米晶體和摻銅CdS（Cu -CdS）在奈米晶體上，這些奈米晶體的表面配體是巰基丙酸（MPA）。研究人員發現，照射這些半導體奈米晶體可產生具有高還原電位的電子，從而分解PFAS 分子中的強碳氟鍵。

為了進行光催化反應，研究人員在1.0 毫升水中加入了0.8 毫克CdS 奈米晶體(NC)、0.65 毫克全氟辛烷磺酸和20 毫克TEOA。然後，他們將溶液置於405 奈米LED 燈光下，以啟動光催化反應。這種光激發奈米粒子，產生電子-電洞對，促進MPA 配體從奈米晶體表面移除，為全氟辛烷磺酸分子吸附到NC 表面創造空間。

為了防止光激發電子與電洞重新結合，需要添加TEOA 來捕捉電洞，延長可用於分解全氟辛烷磺酸的活性電子的壽命。這些電子會發生奧傑爾重組過程，其中一個激子（電子-電洞對）會發生非輻射性重組，將其能量轉移到另一個電子上，並產生高激發電子。這些高激發電子具有足夠的能量，可以與吸附在NC 表面的全氟辛烷磺酸分子發生化學反應。這些反應導致全氟辛烷磺酸中的碳-氟(CF) 鍵斷裂，將氟離子從全氟辛烷磺酸分子中去除。

雷射閃爍光解測量證實了奧傑爾重組產生的水合電子的存在，該測量根據雷射脈衝激發時的吸收光譜確定了瞬態物種。脫氟效率取決於反應中使用的NCs 和TEOA 的數量，並隨著光照射時間的延長而提高。就全氟辛烷磺酸而言，光照射1 小時、2 小時和8 小時的脫氟效率分別為55%、70-80% 和100%。利用這種方法，研究人員也成功地使含氟聚合物Nafion 在光照24 小時後的脫氟率達到81%。 Nafion 廣泛用作電解和電池中的離子交換膜。

從製藥到清潔能源技術，氟是許多行業的重要組成部分。透過從廢棄的全氟辛烷磺酸中回收氟，我們可以減少對氟生產的依賴，並建立更永續的回收流程。小林教授總結說：「這項技術將促進氟元素回收技術的發展，氟元素用於各行各業，支撐著我們繁榮的社會。”

編譯自/ ScitechDaily