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新型催化冷凝器让普通金属“变身” 可降低催化剂中贵金属使用量

2022-05-11 09:17:28 | 来源: 科技日报 | 责编: 郑思雯
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  美国明尼苏达大学双子城分校科学家发明了一种名为“催化冷凝器”的开创性装置,可通过电方式让一种金属的行为像另一种金属,用作加速化学反应的催化剂,使化学反应更快、更高效地进行。这项研究发表于美国化学学会期刊姊妹刊JACS Au网站,为使用非贵金属催化剂的新催化技术打开了大门,可提高储存可再生能源、制造无碳燃料和可持续材料的效率。

  上世纪,科学家们利用化学反应,在特定材料的催化下,生产和制造出了日常生活中使用的多种化学品和材料。其中许多催化材料,如贵金属钌、铂、铑和钯都拥有独特的电子表面性质,对控制化学反应至关重要。但这些昂贵的材料在世界各地供不应求,已成为推动技术进步的主要障碍。

  为开发出替代这些材料催化性能的方法,研究人员依靠他们对电子在表面行为的了解,成功地测试了一种理论,即向一种材料添加和移除电子,可以让这种材料模仿另一种材料的特性,并据此发明了这款催化冷凝器装置。

  最新研究负责人保罗·道恩豪尔教授说:“这款新设备可以调节催化剂表面的电子数,为控制化学反应并使更多材料扮演贵重材料的角色提供了一个全新的机会。”

  研究人员解释称,这款催化冷凝器装置使用纳米薄膜的组合来移动和稳定催化剂表面的电子。该设计有一种独特的机制,可以将金属和金属氧化物与石墨烯结合起来,使电子能够在表面快速流动。

  研究人员说:“利用各种薄膜技术,我们将一种由廉价丰富的铝金属制成的纳米级氧化铝薄膜与石墨烯结合,然后对其进行调整,使其具有其他材料的特性,而且该设备调整催化和电子性能的能力超出了我们的预期”。

  研究人员表示,这个催化冷凝器作为一种平台设备,具有广泛的用途,“核心设计和新颖组件可以被修改以应用于任何我们能想象到的化学反应”。

  该团队计划继续研究这款催化冷凝器,用其解决一些最重要的可持续和环境问题。在美国能源部和国家科学基金会的资助下,几个平行项目已经在进行中,比如将可再生电力储存为氨;制造可再生塑料中的关键分子;清洁气体废物等。

  

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