Chất xúc tác mới phá hủy hóa chất vĩnh cửu chỉ trong vài giây

PFAS, hay còn gọi là các hợp chất per- và polyfluoroalkyl, là nhóm hóa chất được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hiện đại – từ chảo chống dính, quần áo chống thấm nước cho đến các thiết bị điện tử, vật liệu hàng không, quân sự và năng lượng tái tạo. Điểm đặc biệt của chúng nằm ở khả năng chịu nhiệt, kháng hóa chất, chống thấm và cách điện tuyệt vời.

Tuy nhiên, chính những đặc tính đó khiến PFAS cực kỳ khó phân hủy trong tự nhiên. Liên kết carbon–fluorine (C–F) bên trong các hợp chất này là một trong những liên kết hóa học mạnh nhất từng biết đến, khiến chúng tồn tại lâu dài trong môi trường và có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

Trong bối cảnh ngày càng nhiều quy định nghiêm ngặt từ Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA) và châu Âu nhằm kiểm soát PFAS, các nhà khoa học tại Đại học Goethe Frankfurt đã tìm ra một giải pháp đột phá: sử dụng một cấu trúc dựa trên bo (boron) có tên là 9,10-dihydro-9,10-diboraanthracene (DBA) để phá hủy PFAS ở nhiệt độ phòng.

Theo nhóm nghiên cứu, khi bổ sung hai electron, DBA trở nên hoạt động mạnh và có khả năng “tấn công” các phân tử giống PFAS. Họ đã thử nghiệm điều này trên các dẫn xuất fluorobenzen (C₆FₙH₆₋ₙ) – hợp chất có từ 1 đến 6 nguyên tử fluor – trong dung môi THF (Tetrahydrofuran).

Điều thú vị là, chất xúc tác này có thể hoạt động theo hai cơ chế khác nhau:

• Với các phân tử có ít nguyên tử fluor, nó hoạt động như một nucleophile dựa trên bo, phá vỡ các liên kết như C–Cl thông qua phản ứng thay thế nhân thơm (SNAr).
• Với các phân tử có nhiều fluor hơn, nó đóng vai trò như một chất khử, truyền electron để bẻ gãy liên kết và tách nguyên tử hydro.

Tiến sĩ Christoph Buch – nghiên cứu sinh chính của dự án – giải thích: “Để phá vỡ liên kết C–F, chúng ta cần electron, và chất xúc tác của chúng tôi có thể truyền electron một cách hiệu quả. Hiện tại, chúng tôi đang dùng kim loại kiềm như lithium, nhưng đang phát triển phiên bản sử dụng dòng điện để đơn giản hóa và nâng cao hiệu suất.”

Không chỉ dừng lại ở việc xử lý ô nhiễm môi trường, khám phá này còn mở ra cơ hội ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm – nơi fluor được sử dụng để tăng độ bền và hiệu quả của thuốc. Giáo sư Matthias Wagner cho biết: “Chúng tôi đã có trong tay một công cụ có thể kiểm soát mức độ fluor hóa của các hợp chất một cách chính xác.”

Phát minh từ nhóm nghiên cứu tại Goethe Frankfurt không chỉ là bước tiến lớn trong xử lý PFAS, mà còn mang tiềm năng thay đổi cách thiết kế thuốc trong tương lai – an toàn hơn, linh hoạt hơn và thân thiện hơn với môi trường.

Nguồn: Đại học Goethe Frankfurt, Tạp chí Hóa học Hoa Kỳ (ACS)