研究發現新復合光催化劑能分解難降解污染物

據最新一期《化學工程雜志》報道，美國萊斯大學的化學工程師改進了他們對光動力催化劑的設計，該催化劑可快速分解全氟辛酸，全氟辛酸被認為是世界上最有問題的“永久化學污染物”之一。

研究團隊在2020年發現，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破壞水樣中99%的全氟辛酸。研究論文通訊作者、萊斯大學化學和生物分子工程系主任黃思能認為，這并不理想，因為氮化硼被短波紫外線激活，大氣幾乎過濾掉了陽光中的所有短波紫外線。其團隊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，它在到達地球的陽光中十分充足，這是導致皮膚曬黑和曬傷的原因。氮化硼是一種半導體，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。

研究團隊決定創造一種由氮化硼和二氧化鈦組成的復合材料，結合其各自作為催化劑的最佳特性。新研究表明，長波紫外線驅動的復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。

圖中顯示了一種包含氮化硼片（藍色和銀色球晶格）和二氧化鈦納米顆粒（灰色球體）的復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。

通過分析光電流響應測量和其他數據，研究團隊了解到其半導體復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行的戶外實驗中，他們發現，這種氮化硼—二氧化鈦復合材料可在不到3小時內降解去離子水中約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之一，是20世紀發展起來的化合物，用于制造防水服裝、食品包裝和產品涂料。全氟辛酸被稱為永久化學品，因為它們不容易降解，往往會在環境中殘留。越來越多的證據表明，全氟辛酸對人類健康有害。

黃思能表示，制定全氟辛酸標準的監管壓力越來越大，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，他的團隊正在評估新復合光催化劑對分解其他全氟辛酸的效果。