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科技日报:实力后浪!天大本科生在《科学》发文
发布时间:2022-08-23    

记者8月22日从天津大学获悉,天津大学理学院2018级本科生李预立作为共同第一作者的论文《全氟羧酸的低温矿化》8月19日在线刊发在国际学术期刊《科学》上。

李预立

这篇文章介绍了一种比目前使用方法更加温和也更为简单且廉价的无害化处理全氟烷基和多氟烷基化合物(PFAS)的方法,而这种物质因为应用广泛使用且极为顽固,被称为“永久性化学品”。

李预立从2020年下半年开始参与到课题的研究中,他所做的计算工作为合作的实验团队对结果的假设进行了检验工作,同时他还基于自己的认识提出了新的假设,这种猜测最终被证明是对的。

据介绍,全氟烷基和多氟烷基化合物(PFAS)是一种离人们生活很近的化学物。比如在常见的消防泡沫液、防水布料和不粘炊具等产品中都有这种物质的存在。这种化学物极为稳定,可在土壤和水中长期存在,正常的环境无法将其分解。公开报道显示,这种化学物一旦进入人体,可能还会与甲状腺疾病、高胆固醇和癌症等疾病关联。

一直以来,人类处理这种化学物的方法都是剧烈且粗暴的,如1000摄氏度以上的高温高压焚烧,或者用电化学法降解,但要求的条件苛刻、成本高昂,且处理过程容易造成二次污染。

该篇论文提出了一种全新的方法,可在120摄氏度的温和条件下对这种物质实现矿化(通俗来讲,即从有机物变成沉积的无机物,消除其污染性),并且使用的试剂是常见且廉价的二甲基亚砜(DMSO)溶剂、水和氢氧化钠。而且处理之后的产物包含一些无机的氟离子和一些有机的小分子,都是无害的。

李预立介绍,尽管目前课题组只对10种PFAS的分解进行了验证,但可预见的是其他多种PFAS都有可能通过转化成该文章中所提及的中间体并用同样的方法对其进行矿化。

本科即发表顶级期刊,李预立说他很幸运。事实上,这份“幸运”得来并不容易。从中学起就对化学抱有浓厚兴趣的李预立,在天津大学理学院化学系求学的第一年即加入了党延峰老师的课题组,做一些基础的科研工作。

李预立

科研过程中,他对学界里的一些顶级科学家所做的工作也有了初步的了解。大二的暑假,本科阶段同样在党延峰老师课题组的另一名学长李勃向李预立介绍了加利福尼亚大学洛杉矶分校的肯德尔·霍克教授,李勃曾在其课题组做过一年的研究工作。

抱着试试看的想法,李预立向肯德尔·霍克教授发去电子邮件,介绍了自己之前的工作和自己感兴趣的工作,得到了肯德尔·霍克教授的积极回应。刚开始,李预立在肯德尔·霍克教授的指导下先做了一些基础性的工作,随后得到肯德尔·霍克教授和中国科学院上海有机所薛小松研究员的共同指导和西北大学的威廉·迪奇特尔课题组开展合作,用计算的方法来进行反应机制研究的工作。

这项从2020年下半年开始的工作,即是“全氟羧酸的低温矿化”。针对人们通常假设的这类PFAS被分解时只能一次分解一个碳,李预立通过计算验证了这种猜测的错误,并提出自己新的猜测:这种PFAS是可以一次分解两个或三个碳的,并提出全氟烯烃很可能是反应中一个重要的中间体,随后被实验组验证。

同时,李预立还通过自己提出的机制推测最后的产物中应该有乙醇酸。实验证明,李预立的猜测都是正确的,实验组最终也捕捉到了这个产物。李预立通过计算的方法为实验指明了方向。

“很喜欢化学”的李预立非常享受化学带给他的乐趣,除此之外,本科阶段他还有其他化学论文得以发表。今年本科毕业后,李预立也选择了继续在化学领域深造。

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(编辑 赵晖 张佳丽)

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