大自然激发突破性成就氟化物的无害生产

一组化学家开发出了一种全新的方法来生成极其重要的含氟化合物，该方法可以绕过危险产品氟化氢 (HF) 气体。今天发表在《科学》杂志上的研究结果可能会对改善不断增长的全球行业的安全性和碳足迹产生巨大影响。

氟化物是一组具有广泛重要应用的化学品，包括聚合物、农用化学品、药品以及智能手机和电动汽车中的锂离子电池，2018 年全球市场价值为 214 亿美元。目前，所有氟化物都是通过高能源密集型工艺从有毒、腐蚀性气体氟化氢 (HF) 中产生的。尽管有严格的安全法规，但在过去几十年中，氟化氢泄漏仍多次发生，有时会造成致命事故和对环境造成不利影响。

为了开发一种更安全的方法，牛津大学的化学家团队与牛津大学衍生公司 FluoRok、伦敦大学学院和科罗拉多州立大学的同事一起，从形成牙齿和骨骼的自然生物矿化过程中获得了灵感。通常，HF 本身是通过一种称为萤石 (CaF 2 )的结晶矿物与硫酸在恶劣条件下反应产生的，然后再用于制造含氟化合物。在新方法中，含氟化合物直接由 CaF 2制成，完全绕过了 HF 的生产：这是化学家数十年来一直寻求的成就。

在这种新方法中，固态 CaF 2通过生物矿化过程被激活，该过程模仿了磷酸钙矿物质在牙齿和骨骼中生物形成的方式。该团队使用机械化学工艺，将 CaF 2与粉末状磷酸钾盐一起在球磨机中研磨几个小时，该工艺是从我们用杵和研钵研磨香料的传统方式演变而来的。

由此产生的粉末状产品称为Fluoromix ，能够直接从 CaF 2合成 50 多种不同的含氟化合物，收率高达 98%。所开发的方法有可能简化当前的供应链并降低能源需求，有助于实现未来的可持续发展目标并降低行业的碳足迹。

令人兴奋的是，所开发的固态工艺对于酸级萤石(> 97%，CaF 2)与合成试剂级 CaF 2一样有效。该工艺代表了全球氟化物生产的范式转变，并促成了 FluoRok 的成立，这是一家专注于该技术商业化以及安全、可持续和具有成本效益的氟化技术开发的衍生公司。研究人员希望这项研究能够鼓励世界各地的科学家为具有挑战性的化学问题提供颠覆性的解决方案，并有望带来社会效益。

牛津大学化学系的卡勒姆·帕特尔 (Calum Patel)是该研究的主要作者之一，他说：

“用磷酸盐对 CaF 2进行机械化学活化是一项令人兴奋的发明，因为这个看似简单的过程代表了对复杂问题的高效解决方案;然而，关于这种反应如何发挥作用的大问题仍然存在。合作是回答这些问题和增进我们对这一新的、未经探索的氟化学领域的理解的关键。重大挑战的成功解决方案来自于多学科方法和专业知识，我认为这项工作确实抓住了这一点的重要性。

主要作者、牛津大学化学系的Véronique Gouverneur FRS 教授构思并领导了这项研究，他说：

“直接使用 CaF 2进行氟化是该领域的一个圣杯，几十年来人们一直在寻求解决这个问题的方法。如今，向可持续化学品制造方法过渡，减少或不产生对环境的有害影响，是一个高度优先的目标，可以通过雄心勃勃的计划和对当前制造工艺的全面重新思考来加速这一目标。这项研究代表了朝这个方向迈出的重要一步，因为牛津开发的方法有可能在学术界和工业界的任何地方实施，通过缩短供应链等方式最大限度地减少碳排放，并鉴于全球供应链的脆弱性提供更高的可靠性。 '