化学合成可持续催化剂迎来突破 可减少对稀有金属的依赖

化学合成可持续催化剂迎来突破可减少对稀有金属的依赖研究人员开创了一种更高效、更环保的化学合成方法，有望显著提高可持续性。这项创新技术涉及将孤立的原子分散在氮化碳载体上，形成一种在酯化反应中更活跃的催化剂，这对于生产药品、食品添加剂和聚合物等产品至关重要。该催化剂减少了对稀有金属的依赖，并且可以通过阳光激活，从而抑制能源消耗。图片来源：米兰理工大学米兰理工大学的一项新发现开辟了可持续化学合成领域的新视角，推广创新解决方案，使化学品能够以更高效、更环保的方式生产。该研究发表在著名的《自然综合》杂志上。利用将孤立原子分散在氮化碳载体上的创新技术，该团队开发了一种在酯化反应中更具活性和选择性的催化剂。这是一个重要的反应，其中羧酸和溴化物结合形成用于制造药物、食品添加剂和聚合物的产品。这种新型催化剂的革命性特点是它减少了稀有金属的使用，这是节约关键资源和使工艺更具可持续性的重要一步。此外，该催化剂可以通过阳光激活，从而无需采用能源密集型方法。这一发现在减少对有限资源的依赖和降低催化过程对环境的影响方面具有巨大的潜力。化学工程副教授GianvitoVilé教授协调了该项目，而米兰理工大学MarieSkłodowska-Curie博士后研究员MarkBajada是该项目的第一论文作者。该研究是与米兰比可卡大学和都灵大学的研究人员密切合作进行的，并由欧盟委员会通过MarieSkłodowska-Curie博士后奖学金和最近授予米兰理工大学(SusPharma)的HorizonEurope项目资助）。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369831.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369831.htm

科学家开发出活性提高7.9倍的催化剂用于制氢

科学家开发出活性提高7.9倍的催化剂用于制氢要使氢能更容易被车辆使用，并被公认为一种可靠的替代能源，就必须降低氢气的生产成本，确保其经济可行性。这一目标的核心是优化电解-氢进化过程的效率，该过程从水中制取氢气。最近，由浦项科技大学（POSTECH）化学系的InSuLee教授、SoumenDutta研究教授和ByeongSuGu组成的研究小组通过开发铂纳米催化剂，显著提高了氢这种绿色能源的生产效率。用于氢气进化的三金属杂化纳米催化剂的机理图解。资料来源：POSTECH他们通过逐步沉积两种不同金属的方式完成了这一创举。他们的研究成果发表在《AngewandteChemie》上，这是一份备受推崇的专注于化学领域的期刊。在催化剂表面的特定位置选择性地沉积不同的材料（其尺寸在纳米范围内）带来了巨大的挑战。意外沉积可能会阻塞催化剂的活性位点或干扰彼此的功能。这种困境阻碍了在单一材料上同时沉积镍和钯。镍负责激活水的分裂，而钯则促进氢离子向氢分子的转化。三金属杂化催化剂的合成和氢演化示意图。资料来源：POSTECH研究小组开发了一种新型纳米反应器，可精细控制沉积在二维平面纳米晶体上的金属位置。此外，他们还设计了一种纳米级精细沉积工艺，使不同的材料能够覆盖二维铂纳米晶体的不同面。这种新方法开发出了一种"铂-镍-钯"三金属混合催化剂材料，通过连续沉积，钯和镍纳米薄膜分别选择性地覆盖了二维铂纳米晶体的平面和边缘。混合催化剂具有独特的镍/铂和钯/铂界面，分别用于促进水分离和氢分子生成过程。因此，这两个不同过程的协同作用大大提高了电解-氢演化的效率。研究结果表明，与传统的铂碳催化剂相比，三金属混合纳米催化剂的催化活性提高了7.9倍。此外，这种新型催化剂还具有显著的稳定性，即使在反应时间长达50小时后仍能保持较高的催化活性。这就解决了异质界面之间的功能干扰或碰撞问题。领导这项研究的InSuLee教授乐观地表示："我们成功地开发出了在混合材料上形成的和谐异质界面，克服了工艺上的挑战。我希望研究成果能广泛应用于氢反应催化材料的开发。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390121.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390121.htm

新型催化剂能在几分钟内彻底分解持久性塑料污染

新型催化剂能在几分钟内彻底分解持久性塑料污染新工艺可回收99%的单体（如图所示），即尼龙的组成部分。回收单体后，工业界可将尼龙循环利用，制成价值更高的产品。资料来源：美国西北大学现在，美国西北大学的化学家们开发出了一种新型催化剂，可以在几分钟内快速、干净、彻底地分解尼龙-6，而且不会产生有害的副产品。更妙的是该工艺不需要有毒溶剂、昂贵材料或极端条件，因此可用于日常应用。这种新型催化剂不仅能在环境修复方面发挥重要作用，还能在将尼龙-6废料升级再造为更高价值的产品方面迈出第一步。观看催化剂降解1克Nylon-6样品的过程。资料来源：美国西北大学这项研究最近发表在《化学》杂志上。该研究的资深作者、西北大学的托宾-马克斯（TobinMarks）说："全世界都意识到了塑料问题。塑料是我们社会的一部分，我们使用了大量的塑料。但问题是：用完之后我们该怎么办？理想情况下，我们不会将其焚烧或填埋。我们要回收利用。我们正在开发能分解这些聚合物的催化剂，使它们恢复到原来的形态，这样就可以重新利用了"。马克斯是西北大学温伯格文理学院查尔斯-莫里森和艾玛-莫里森化学教授、弗拉基米尔-伊帕蒂耶夫催化化学教授，以及西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程教授。他还是PaulaM.Trienens可持续发展与能源研究所的教员。西北大学的合著者包括化学与生物工程系萨拉-丽贝卡-罗兰（SarahRebeccaRoland）教授兼麦考密克高级副院长琳达-布罗德贝尔特（LindaJ.Broadbelt），以及马克斯研究小组的研究助理教授约西-克拉提什（YosiKratish）。致命的难题从衣服、地毯到安全带，尼龙-6存在于大多数人每天使用的各种材料中。但是，当人们用完这些材料后，它们最终会被填埋，或者更糟糕的是：散落在包括海洋在内的环境中。据世界野生动物联盟称，每年被遗弃在海洋中的渔具多达100万磅，其中由尼龙-6构成的渔网至少占太平洋大垃圾带的46%。一只被废弃渔网缠住的海龟。资料来源：美国国家海洋和大气管理局"渔网使用几年后就会失去使用性能，"论文的第一作者、马克斯实验室的博士后研究员叶立伟（音译）说。"它们会被水严重浸泡，很难从海里捞出来。而且它们的更换成本很低，人们就把它们留在水里，然后再买新的。""海洋中有大量垃圾，"马克斯补充道。"纸板和食物垃圾会生物降解。金属沉入海底。然后就剩下塑料了。"最环保的溶剂是无溶剂目前处理尼龙-6的方法仅限于简单地将其埋入垃圾填埋场。焚烧尼龙-6时，会排放出有毒污染物，如氮氧化物（与包括过早死亡在内的各种健康并发症有关）或二氧化碳（一种臭名昭著的强效温室气体）。虽然其他实验室也探索过降解尼龙-6的催化剂，但这些催化剂需要在极端条件下使用（如温度高达350摄氏度）、高压蒸汽（耗能高且效率低）和/或有毒溶剂，而这些只会造成更多污染。马克斯说："可以用酸来溶解塑料，但这样就会留下脏水。怎么处理这些水？我们的目标始终是使用绿色溶剂。有哪种溶剂比不使用溶剂更环保呢？"新型催化剂可在几分钟内降解尼龙6样品。资料来源：美国西北大学回收用于升级再循环的构件为了绕过这些问题，研究人员研究了马克斯实验室已经开发出的一种新型催化剂。这种催化剂利用了钇（一种廉价的地球富集金属）和镧离子。当研究小组将尼龙-6样品加热到熔化温度，并在不使用溶剂的情况下使用催化剂时，塑料就会分崩离析--还原成其原始的结构单元，而不会留下副产品。"你可以把聚合物想象成一条项链或一串珍珠，"马克斯解释道。"在这个比喻中，每颗珍珠都是一个单体。这些单体就是构件。我们设计了一种方法来分解项链，但恢复这些珍珠"。在实验中，马克斯和他的团队能够回收99%的塑料原始单体。原则上，这些单体可以再循环利用，制成价值更高的产品，这些产品目前因其强度和耐用性而需求量很大。"回收尼龙实际上比普通尼龙更值钱，"马克斯说。"许多高端时尚品牌都在服装中使用回收尼龙。"除了回收率高的单体外，这种催化剂还具有高度的选择性--只对尼龙-6聚合物起作用，而不会破坏周围的材料。这意味着业界可以将催化剂用于大量未分类的废料，并选择性地针对尼龙-6。"如果没有选择性催化剂，如何将尼龙从其他废料中分离出来？需要雇人对所有废料进行分类，以去除尼龙。这样做既昂贵又低效。但如果催化剂只降解尼龙，而把其他东西都留下来，那效率就高得惊人了。"回收这些单体还可以避免从头开始生产更多塑料。这些单体是用原油生产的，因此会产生巨大的碳足迹。在为新工艺申请专利后，马克斯和他的团队已经收到了潜在工业合作伙伴的兴趣。他们希望其他人能大规模使用他们的催化剂，帮助解决全球塑料问题。"我们的研究代表着聚合物回收和可持续材料管理领域向前迈出的重要一步，"Ye说。"这种创新方法解决了当前回收技术中的一个关键缺口，为尼龙废料问题提供了一种实用高效的解决方案。我们相信，它对减少塑料的环境足迹和促进循环经济具有重要意义。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401857.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401857.htm

我科研团队开发隔离锚定策略原位合成铁单原子催化剂

我科研团队开发隔离锚定策略原位合成铁单原子催化剂9月14日，记者从中国科学院生物能源与过程研究所获悉，该研究所梁汉璞研究员带领的能源材料与纳米催化研究组通过一种简单的隔离锚定策略，制备了多孔氮掺杂碳负载的铁单原子催化剂，相关研究成果近期发表在《碳》上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1315969.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1315969.htm

超耐久金催化剂有望为工业带来变革

超耐久金催化剂有望为工业带来变革每个人都喜欢黄金：运动员、海盗、银行家--每个人。从历史上看，黄金就是一种极具吸引力的金属，可以用来制作奖牌、珠宝、硬币等。黄金之所以如此闪亮诱人，是因为它的化学性质能够抵御其他材料可能褪色的物理条件，例如高温、高压、氧化和其他有害物质。然而，矛盾的是，在纳米尺度上，微小的金颗粒却逆转了这一趋势，变得非常活跃，以至于长期以来，它们一直是实现各种催化剂的关键，这些催化剂是加速或以某种方式使化学反应发生的中间物质。换句话说，它们是将一种物质转化为另一种物质的有用或必要物质，因此在合成和制造中得到广泛应用。硫醇和有机聚合物保护是增加金纳米粒子韧性的两种现有方法。右图是研究人员使用聚氧化金属盐的新方法。图片来源：©2024Suzukietal.增强型金催化剂背后的创新东京大学应用化学系副教授KosukeSuzuki说："金是一种神奇的金属，在社会上，尤其是在科学领域，受到人们的赞誉是理所当然的。金是催化剂的理想材料，可以帮助我们合成包括药物在内的各种物质。原因在于金对吸收分子的亲和力较低，而且对与之结合的物质具有高度选择性，因此可以非常精确地控制化学合成过程。与传统催化剂相比，金催化剂通常在较低的温度和压力下工作，需要的能源更少，对环境的影响也更小"。研究人员利用环形暗场扫描透射电子显微镜技术制作的新型纳米粒子的原子分辨率图像。图片来源：©2024Suzukietal.尽管金很好，但它也有一些缺点。金的颗粒越小，它的反应性就越强，而且在一定程度上，用金制造的催化剂会开始受到热、压力、腐蚀、氧化和其他条件的负面影响。铃木和他的团队认为他们可以改善这种情况，并设计出一种新型保护剂，可以让金催化剂在更大范围的物理条件下保持其有用功能，而这些物理条件通常会阻碍或破坏典型的金催化剂。"目前催化剂中使用的金纳米粒子具有一定程度的保护作用，这要归功于十二硫醇和有机聚合物等制剂。但我们的新技术是基于一种被称为聚氧化金属盐的金属氧化物簇，它的效果要好得多，尤其是在氧化应激方面，"Suzuki说。"我们目前正在研究聚氧化金属酸盐的新型结构和应用。这次我们将聚氧化金属酸盐应用于金纳米粒子，并确定聚氧化金属酸盐提高了纳米粒子的耐久性。真正的挑战在于应用各种分析技术来测试和验证这一切"。研究小组使用了多种统称为光谱学的技术。他们使用了不下六种光谱学方法，这些方法所揭示的有关物质及其行为的信息种类各不相同。但一般来说，它们的工作原理都是将某种光线投射到物质上，然后用专门的传感器测量光线如何发生某种变化。铃木和他的团队花了几个月的时间，对他们的实验材料进行了各种测试和不同的配置，直到他们找到了他们想要的东西。铃木说："我们的目标不仅仅是改进某些化学合成方法。我们的增强型金纳米粒子有很多应用，可以造福社会，分解污染的催化剂（许多汽油车已经配备了我们熟悉的催化转换器）、影响较小的杀虫剂、可再生能源的绿色化学、医疗干预措施、食源性病原体传感器，等等，不胜枚举。但我们还想走得更远。下一步的工作将是改进物理条件的范围，使金纳米粒子更能适应物理条件，同时研究如何为其他有用的催化金属（如钌、铑、铼，当然还有比金更受人们推崇的东西：铂）增加一些耐久性"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416533.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416533.htm

新型耐用且价格低廉的合成氨催化剂可稳定生产且减少碳足迹

新型耐用且价格低廉的合成氨催化剂可稳定生产且减少碳足迹哈伯-博世工艺通常用于通过在高压和高温下将氢气（H2）和氮气（N2）在催化剂上结合起来合成氨气（NH3），这一反应是合成氮肥的基础，是有助于提高农作物产量和提高全球粮食产量的最重要的科学突破之一。PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333419.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333419.htm