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四氟甲烷（CF₄）是結構最簡單的“永久性化合物”，對環境造成巨大的影響，對健康具有威脅，而且加劇溫室效應。設計能夠分解CF₄的催化劑仍然非常困難，這是因為對CF₄分解機理的認識缺乏。

有鑒于此，中南大學劉敏教授、弗林德斯大學Michelle L. Coote等報道通過從頭算分子動力學（cAIMD）理論計算和原位實驗，揭示Al₂O₃催化CF₄分解的機理，發現了表面羥基的重要作用。

本文要點：

（1）

在CF₄分解催化反應中，打破首個C-F化學鍵是決速步驟，而且表面羥基導致反應的自由能從1.69 eV降低至1.34 eV。這些表面羥基官能團能夠促進分解催化反應過程中形成的氧空穴進行自動修復。

與通常人們認為CF₄分解直接轉化為CO₂不同，作者通過cAIMD計算模擬并且通過同步輻射真空紫外光離子質譜表征的結果，說明反應中的CF₂O和CO副產物。在無水環境中得到的實驗數據表明水分子主要補充表面羥基，而不是參與CF₄分子分解。

（2）

作者推測Al₂O₃催化劑具有較高的CF₄分解性能的原因包括：(1) 具有強CF₄親和性的活性位點，能夠保證反應物分子的強相互作用；(2) 合適的金屬-氧化學鍵強度，使得晶格氧能夠參與反應；(3) 表面羥基的密度較高，能夠促進切斷C-F化學鍵以及氧空穴的自動修復。

參考文獻

Tao Luo, Hang Zhang, Yingkang Chen, Shanyong Chen, Yang Pan, Kang Liu, Junwei Fu, Liyuan Chai, Zhang Lin, Michelle L. Coote*, and Min Liu*, Unveiling Tetrafluoromethane Decomposition over Alumina Catalysts, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c06154

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c06154