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插圖顯示了一種包含氮化硼片（藍(lán)色和銀色球晶格）和二氧化鈦納米顆粒（灰色球體）的復(fù)合材料如何利用陽光中的長波紫外線能量光催化全氟辛酸分解為二氧化碳、氟和礦物質(zhì)。圖片來源：黃思能/萊斯大學(xué)
科技日報(bào)實(shí)習(xí)記者?張佳欣
據(jù)最新一期《化學(xué)工程雜志》報(bào)道，美國萊斯大學(xué)的化學(xué)工程師改進(jìn)了他們對光動力催化劑的設(shè)計(jì)，該催化劑可快速分解全氟辛酸，全氟辛酸被認(rèn)為是世界上最有問題的“永久化學(xué)污染物”之一。
研究團(tuán)隊(duì)在2020年發(fā)現(xiàn)，常用于化妝品的氮化硼粉末暴露在波長254納米的紫外線下時，可在短短幾個小時內(nèi)破壞水樣中99%的全氟辛酸。研究論文通訊作者、萊斯大學(xué)化學(xué)和生物分子工程系主任黃思能認(rèn)為，這并不理想，因?yàn)榈鸨欢滩ㄗ贤饩€激活，大氣幾乎過濾掉了陽光中的所有短波紫外線。其團(tuán)隊(duì)想盡可能多地提高氮化硼從其他波長的陽光中獲取能量的能力。
長波紫外線波長范圍約為315-400納米，它在到達(dá)地球的陽光中十分充足，這是導(dǎo)致皮膚曬黑和曬傷的原因。氮化硼是一種半導(dǎo)體，它不會被長波紫外線激活。二氧化鈦則是防曬霜中的一種常見成分，是一種可被長波紫外線激活的半導(dǎo)體。有研究證明，盡管速度非常慢，但二氧化鈦在暴露于長波紫外線時會催化全氟辛酸的分解。
研究團(tuán)隊(duì)決定創(chuàng)造一種由氮化硼和二氧化鈦組成的復(fù)合材料，結(jié)合其各自作為催化劑的最佳特性。新研究表明，長波紫外線驅(qū)動的復(fù)合材料破壞全氟辛酸的速度大約是普通二氧化鈦光催化劑的15倍。
通過分析光電流響應(yīng)測量和其他數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)了解到其半導(dǎo)體復(fù)合材料是如何獲取長波紫外線能量來分解水中的全氟辛酸分子的。在自然陽光下使用塑料水瓶進(jìn)行的戶外實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)，這種氮化硼—二氧化鈦復(fù)合材料可在不到3小時內(nèi)降解去離子水中約99%的全氟辛酸。在咸水中，這個過程需要大約9小時。
全氟辛酸是最流行的全氟烷基和多氟烷基物質(zhì)之一，是20世紀(jì)發(fā)展起來的化合物，用于制造防水服裝、食品包裝和產(chǎn)品涂料。全氟辛酸被稱為永久化學(xué)品，因?yàn)樗鼈儾蝗菀捉到猓鶗诃h(huán)境中殘留。越來越多的證據(jù)表明，全氟辛酸對人類健康有害。
黃思能表示，制定全氟辛酸標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)管壓力越來越大，這促使水處理廠尋找新的、低成本的方法來去除水中的全氟辛酸。目前，他的團(tuán)隊(duì)正在評估新復(fù)合光催化劑對分解其他全氟辛酸的效果。
關(guān)鍵詞： 光催化劑
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