聚四氟乙烯因其惰性的碳-氟键而具有优异的耐高温、抗寒冷、耐酸耐碱、疏水和疏油等性能等，被称为“塑料王”，可以作为不粘锅的涂层、防水涂层等，甚至在极端的条件下使用。但这也导致废弃聚四氟乙烯难以降解，长期存留在环境中；而废弃塑料回收常用的手段大多难以回收聚四氟乙烯。目前，聚四氟乙烯常见的回收方法需要是高能耗的热裂解，将其降解为含氟的有机小分子化合物。低温条件下的降解则需要液态碱金属，如等钠-液氨溶液、钠萘溶液等，或者碱金属或碱土金属的络合物。利用可见光催化，对聚四氟乙烯进行处理，脱氟率小于5%（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202408687）。因此，利用光催化实现聚四氟乙烯的还原脱氟，实现其资源化利用具有重要的研究价值。
中国科学技术大学
康彦彪教授
团队
一直致力于惰性碳-杂键等的活化断裂研究（Nature Commun.
2019
, 10, 908, Chem. Commun.
2020
, 56, 4063, Org. Lett.
2020
, 22, 357,
2020
, 22, 3084,
2020
, 22, 4553,
2023
, 25, 816等）。在此研究基础上，发展了基于扭曲咔唑结构的高效光催化体系，光还原催化剂的扭曲结构导致其具有优异的光氧化-还原能力，实现了羰基-位的亲核加成、惰性碳-杂键的断裂转化等一系列反应（J. Am. Chem. Soc.
2020
, 142, 20942, Org. Lett.
2021
, 23, 8, 2900,
2023
, 25, 7518,
2023
, 25, 2611 Org. Lett.
2023
, 25, 816,
2024
, 26, 5177,
2025
, 27, 1626等）。利用该催化体系也初步实现了可见光促进的聚四氟乙烯等在低温条件下的碳-氟键还原断裂，将其聚合物骨架上的氟元素以无机氟化物的形式回收（
Nature
2024
,
635
, 610）。但是在这一反应过程中，由于聚四氟乙烯疏水、疏油、不溶于大部分的有机溶剂，体系中又存在大量溶解性不高的助还原剂，因此反应体系为在多种固体和液体的多相反应。而对于光反应而言，大量不溶固体的存在降低了光的透过性。以上因素都导致该反应对光源和体系的分散程度要求极高。
为了解决上述问题，研究团队开发了一种利用超级电容器辅助的电光还原催化体系：通过光化学和电化学的协同作用，还原并激发光催化剂生成活性催化物种，对聚四氟乙烯的碳-氟键进行电子注入，从而实现了在温和条件下的聚四氟乙烯还原脱氟反应。这一电光还原催化体系的发展，有效避免了单独光催化还原体系中需要大大过量的无机盐或有机小分子作为电子供体这一问题；并且将反应的规模由毫克级进一步提升到了到克量级。该催化体系对于其他小分子的多氟或全氟烷基物质（PFASs）的脱氟也具有良好的适用性。此外，超级电容器具有充电速度快、工作效率高、能量比高、耐超高温、循环使用寿命长等特点，因此利用具有便携性的超级电容器作为电能的供体，可以在户外以太阳光作为光能量源，实现对聚四氟乙烯的脱氟反应。这为解决由聚四氟乙烯和PFASs降解困难引发的环境问题提供了更多的可能。
同时，在这一研究中，采用了包括拉曼光谱、X射线光电子能谱、固体核磁共振、傅里叶变换红外光谱等多种测试手段对聚四氟乙烯脱氟的固体产物进行表征，确认其中含有脂肪结构、芳香结构及含氧官能团，并且同时具有有规则的碳结构（拉曼G峰）和无规则的碳结构（拉曼D峰）。结合脱氟后的固体产物结构、反应中观测到的副产物等实验结果以及前期研究工作基础和相关文献报道，对脱氟反应的过程也进行了初步讨论，提出了可能的反应机理。
