Science创新性新方法：首次在不使用危险的氟化氢气体的情况下生产含氟化学品

牛津大学的化学家首次在不使用危险的氟化氢气体的情况下生产出对许多工业至关重要的含氟化学品。创新方法的灵感来自于形成我们牙齿和骨骼的生物矿化过程。研究结果今天发表在权威杂志《科学》(Science)上。

　　

• 牛津大学的化学家们首次在不使用有害的氟化氢气体的情况下生产出了对许多工业至关重要的含氟化学品。

• 这种创新方法的灵感来自于形成我们牙齿和骨骼的生物矿化过程。

• 研究结果发表在权威杂志上。

一组化学家开发了一种全新的方法来产生至关重要的含氟化学品，绕过危险产品氟化氢(HF)气体。今天发表在《科学》(Science)杂志上的这项研究结果，可能会对提高日益增长的全球工业的安全性和碳足迹产生巨大影响。

含氟化学品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年全球市场规模达214亿美元。目前，所有含氟化学品都是由有毒和腐蚀性气体氟化氢(HF)在一个高耗能的过程中产生的。尽管有严格的安全法规，但在过去的几十年里，HF泄漏事件已经发生了很多次，有时会造成致命事故和有害的环境影响。

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机构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灵感。通常情况下，氟化氢本身是在用于制造含氟化学品之前，通过一种称为氟石(CaF2)的晶体矿物与硫酸在恶劣条件下反应产生的。在新方法中，氟化学品直接由CaF2制造，完全绕过HF的生产:这是化学家们几十年来一直在寻求的一项成就。

在这种新方法中，固态CaF2被一种生物矿化激发的过程激活，该过程模仿了磷酸钙矿物质在牙齿和骨骼中形成的生物方式。该团队将CaF2与粉状磷酸钾盐一起在球磨机中研磨了几个小时，使用的机械化学过程是从我们用杵和臼研磨香料的传统方式演变而来的。

由此产生的粉状产品称为Fluoromix，可以直接从CaF2合成50多种不同的含氟化学品，收率高达98%。开发的方法有可能简化当前的供应链，降低能源需求，有助于实现未来的可持续发展目标，降低行业的碳足迹。

令人兴奋的是，所开发的固态工艺对酸级氟石(> 97%，CaF2)和合成试剂级CaF2一样有效。该过程代表了全球氟化学品制造的范式转变，并导致氟ok的创建，这是一家专注于该技术商业化和开发安全，可持续和具有成本效益的氟化产品的分拆公司。研究人员希望这项研究将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，并带来社会效益。

来自牛津大学化学系的Calum Patel是该研究的主要作者之一，他说:

“用磷酸盐机械化学活化CaF2是一项令人兴奋的发明，因为这个看似简单的过程代表了一个复杂问题的高效解决方案;然而，关于这种反应如何起作用的大问题仍然存在。合作是回答这些问题和推进我们对氟化学这一新的、未开发领域的理解的关键。重大挑战的成功解决方案来自多学科方法和专业知识，我认为这项工作真正抓住了这一点的重要性。”

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

“直接使用CaF2进行氟化是该领域的圣杯，解决这个问题的方法已经寻找了几十年。”向可持续的化学品生产方法过渡，减少或消除对环境的有害影响，是当今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过程的全面重新思考来加速。这项研究是朝着这个方向迈出的重要一步，因为牛津大学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，并在全球供应链脆弱的情况下提供更高的可靠性。”

文章标题

Fluorochemicals from fluorspar via a phosphate-enabled mechanochemical process that bypasses HF