新复合光催化剂分解“永久化学污染物”

插图显示了一种包含氮化硼片（蓝色和银色球晶格）和二氧化钛纳米颗粒（灰色球体）的复合材料如何利用阳光中的长波紫外线能量光催化全氟辛酸分解为二氧化碳、氟和矿物质。图片来源：黄思能/莱斯大学

科技日报实习记者 张佳欣

据最新一期《化学工程杂志》报道，美国莱斯大学的化学工程师改进了他们对光动力催化剂的设计，该催化剂可快速分解全氟辛酸，全氟辛酸被认为是世界上最有问题的“永久化学污染物”之一。

研究团队在2020年发现，常用于化妆品的氮化硼粉末暴露在波长254纳米的紫外线下时，可在短短几个小时内破坏水样中99%的全氟辛酸。研究论文通讯作者、莱斯大学化学和生物分子工程系主任黄思能认为，这并不理想，因为氮化硼被短波紫外线激活，大气几乎过滤掉了阳光中的所有短波紫外线。其团队想尽可能多地提高氮化硼从其他波长的阳光中获取能量的能力。

长波紫外线波长范围约为315-400纳米，它在到达地球的阳光中十分充足，这是导致皮肤晒黑和晒伤的原因。氮化硼是一种半导体，它不会被长波紫外线激活。二氧化钛则是防晒霜中的一种常见成分，是一种可被长波紫外线激活的半导体。有研究证明，尽管速度非常慢，但二氧化钛在暴露于长波紫外线时会催化全氟辛酸的分解。

研究团队决定创造一种由氮化硼和二氧化钛组成的复合材料，结合其各自作为催化剂的最佳特性。新研究表明，长波紫外线驱动的复合材料破坏全氟辛酸的速度大约是普通二氧化钛光催化剂的15倍。

通过分析光电流响应测量和其他数据，研究团队了解到其半导体复合材料是如何获取长波紫外线能量来分解水中的全氟辛酸分子的。在自然阳光下使用塑料水瓶进行的户外实验中，他们发现，这种氮化硼—二氧化钛复合材料可在不到3小时内降解去离子水中约99%的全氟辛酸。在咸水中，这个过程需要大约9小时。

全氟辛酸是最流行的全氟烷基和多氟烷基物质之一，是20世纪发展起来的化合物，用于制造防水服装、食品包装和产品涂料。全氟辛酸被称为永久化学品，因为它们不容易降解，往往会在环境中残留。越来越多的证据表明，全氟辛酸对人类健康有害。

黄思能表示，制定全氟辛酸标准的监管压力越来越大，这促使水处理厂寻找新的、低成本的方法来去除水中的全氟辛酸。目前，他的团队正在评估新复合光催化剂对分解其他全氟辛酸的效果。