Une équipe de recherche dirigée par le professeur Kang Yanbiao de l'Université des sciences et de la technologie de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a développé une électrophotocatalyse assistée de supercondensateur (SC) pour la défluorination efficace de la polytétrafluoroéthylène (PTFE) et des poly- et perfluoroalkylkylkyle.
Ils ont incorporé la force de l'énergie électrochimique et photochimique, offrant plus de possibilités pour résoudre les problèmes environnementaux causés par le PTFE et les PFA. L'étude est publiée dans Édition internationale d'Angewandte Chemie.
Le PTFE est largement utilisé dans divers domaines en raison de ses excellentes stabilités thermiques et chimiques. Cependant, sa stabilité élevée rend également difficile la dégradation et le recyclage. Généralement, des méthodes de consommation à haute énergie telles que la fissuration thermique sont utilisées pour traiter le PTFE, tandis que la dégradation de la défluorination dans des conditions à basse température nécessite l'utilisation d'agents réducteurs forts tels que les métaux alcalins liquides.
La photocatalyse peut compenser les lacunes des méthodes traditionnelles dans des conditions douces, cependant, le taux de défluorination du PTFE est inférieur à 5%.
L'équipe du professeur Kang a toujours été consacrée à la recherche sur l'activation et le clivage des liaisons de hétéroatom carbone inertes. Sur la base de cette recherche, ils ont développé un système photocatalytique très efficace basé sur des structures de carbazole torsadées.
CBZ6, en tant que photonéductant, grâce à sa structure tordue, a d'excellentes capacités de transfert d'électrons uniques, atteignant ainsi le clivage et la transformation des liaisons hétéroatomes carbone inertes dans des molécules stables telles que PTFE.
Cependant, dans ce processus, en raison de la nature hydrophobe et oléophobe du PTFE, ainsi que son insolubilité dans presque tous les solvants organiques et une utilisation élevée, le système de réaction est devenu un système de réaction multiphasique mélangé à divers solides et liquides.
Pour les photos, de nombreux solides insolubles ont réduit la perméabilité de la lumière, ce qui a conduit à des exigences extrêmement élevées pour la source de lumière et le degré de dispersion du système. Alors que cette situation était défavorable pour effectuer des réactions à grande échelle.
Pour résoudre les problèmes ci-dessus, l'équipe de recherche a développé un système d'électrophotocatalyse assisté par SCS. Ils ont utilisé des méthodes électrochimiques pour générer des espèces catalytiquement actives, remplaçant les agents réducteurs mal solubles dans les réactions photocatalytiques.
Par injection d'électrons efficace dans la liaison carbone-fluorine de PTFE, la déduction de réduction du PTFE a été établie dans des conditions douces, à l'aide d'effets synergiques de la photochimie et de l'électrochimie.
Le système catalytique électro-photoréduction a effectivement évité l'utilisation excessive de coréducants dans le système de réduction des photocatalytiques autonomes. De plus, l'ampleur de la réaction a été encore étendue du niveau milligramme au niveau de Gram.
Dans le même temps, ce système catalytique montre également une bonne applicabilité à la défluorination d'autres petites molécules contenant des PFA.
De plus, les supercondensateurs ont une vitesse de charge rapide, une efficacité de travail élevée, un rapport énergétique élevé, une résistance à la température ultra-élevée et une durée de vie à cycle long. Par conséquent, ils peuvent être utilisés à l'extérieur avec la lumière du soleil comme source d'énergie lumineuse pour réaliser la réaction de défluorination du PTFE.
Dans cette étude, diverses méthodes de test, notamment la spectroscopie Raman, la spectroscopie photoélectronique aux rayons X et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier ont été utilisées pour caractériser les produits solides de la défluorination PTFE.
Les chercheurs ont donc confirmé qu'il y avait des structures aliphatiques, des structures aromatiques et des groupes fonctionnels contenant de l'oxygène dans ces produits. De plus, ils possèdent également des structures de carbone régulières (pic Raman G) et des structures de carbone irrégulières (pic Raman D).
Cette étude offre une nouvelle perspective pour résoudre les problèmes environnementaux causés par la dégradation dure de PTFE et PFAS.
