新研究：外星生命或不以碳为基础 可实现“自催化”

新研究：外星生命或不以碳为基础可实现“自催化”而自催化是一种对地球上的生命至关重要的化学相互作用，自催化反应会产生促使相同反应再次发生的分子，从而使反应继续进行。在最新的研究中，科学家旨在寻找有机化合物之外的自催化反应。科学家们分析了两个多世纪以来用多种不同语言撰写的科学文件。研究团队指出，通过有效的语言搜索和翻译工具，他们得以设计并首次评估自催化反应的普遍性。最终，科学家发现有270种不同的自催化反应，其中大多数没有使用有机化合物，一些反应与地球生命中不存在或极为罕见的元素——如汞或放射性金属钍有关。许多自催化反应可能只在极高、极低温度或压力下发生，研究人员甚至发现了4个涉及稀有气体的自催化反应。研究人员表示，最新研究除了对寻找宇宙中的生命及了解生命起源等产生影响外，还可能具有实际应用，例如优化化学合成、有效利用资源和能源等。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386329.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386329.htm

新的催化技术突破料将开启大规模的能源节约

新的催化技术突破料将开启大规模的能源节约郎旭。资料来源：威斯康星大学麦迪逊分校催化剂物质加速化学反应，而自身不发生变化。它们在加工石油产品和生产各种物品方面发挥着至关重要的作用，包括药品、塑料、食品添加剂、化肥、环保燃料和各种工业化学品。科学家和工程师们已经花了几十年时间对催化反应进行微调--然而，由于目前不可能在工业规模的催化作用中经常涉及的极端温度和压力下直接观察这些反应，他们还不知道在纳米和原子尺度上到底发生了什么。这项新的研究有助于揭开这一神秘的面纱，对工业有潜在的重大影响。事实上，仅仅三个催化反应--蒸汽甲烷重整生产氢气、合成氨生产化肥和合成甲醇--就使用了世界能源的近10%。领导这项研究的华盛顿大学麦迪逊分校化学和生物工程教授马诺斯-马夫里卡基斯说："如果你把运行这些反应的温度只降低几度，那么我们今天作为人类所面临的能源需求就会有巨大的减少。通过减少运行所有这些过程的能源需求，你也在减少它们的环境足迹。"马夫里卡基斯和博士后研究人员LangXu和KonstantinosG.Papanikolaou以及研究生LisaJe在2023年4月7日的《科学》杂志上发表了他们的进展消息。马诺-马夫里卡基斯。资料来源：威斯康星大学麦迪逊分校在他们的研究中，威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们开发并使用强大的建模技术来模拟原子尺度上的催化反应。在这项研究中，他们研究了涉及纳米形式的过渡金属催化剂的反应，其中包括像铂、钯、铑、铜、镍和其他在工业和绿色能源中重要的元素。根据目前催化作用的刚性表面模型，过渡金属催化剂的紧密原子提供了一个二维表面，化学反应物粘附在上面并参与反应。当施加足够的压力和热量或电力时，化学反应物中原子之间的键就会断裂，允许碎片重新组合成新的化学产品。"普遍的假设是，这些金属原子彼此紧密结合，只是为反应物提供'着陆点'。每个人都假设的是，金属-金属键在它们催化的反应中保持完整，"马夫里卡基斯说。"因此，在这里，我们第一次提出了这样的问题：'打破反应物中的键的能量是否与破坏催化剂内的键所需的能量相似？"根据Mavrikakis的建模，答案是肯定的。为许多催化过程提供的能量足以打破键，并允许单个金属原子（称为腺原子）弹出并开始在催化剂表面移动。这些腺原子结合成团，作为催化剂上的站点，化学反应可以比催化剂的原始刚性表面更容易发生。利用一套特殊的计算方法，该团队研究了8种过渡金属催化剂和18种反应物的工业上重要的相互作用，确定了可能形成这种小型金属簇的能量水平和温度，以及每个簇中的原子数量，这也能极大地影响反应速度。他们在加州大学伯克利分校的实验合作者使用原子分辨率的扫描隧道显微镜来观察一氧化碳在镍（111）上的吸附情况，镍是一种稳定的、在催化中有用的结晶形式。他们的实验证实了显示催化剂结构中的各种缺陷也能影响单个金属原子如何松动，以及反应点如何形成的模型。马夫里卡基斯说，这个新框架正在挑战研究人员如何理解催化作用以及它如何发生的基础。它可能也适用于其他非金属催化剂，他将在未来的工作中对此进行研究。它也与理解其他重要现象有关，包括腐蚀和摩擦学，或运动中的表面的相互作用。研究人员正在重新审视在理解催化剂如何工作方面的一些非常成熟的假设，更广泛地说，分子如何与固体互动。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353835.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353835.htm

化学反应可以直接为自折式微型折纸装置注入动力

化学反应可以直接为自折式微型折纸装置注入动力康奈尔大学领导的一项合作利用化学反应使微型折纸机自我折叠--将它们从通常运作的液体中解放出来，因此它们可以在干燥环境和室温下运作。这种方法有一天可能会发展出一个微型自主设备群体，能够对其化学环境做出快速反应。该小组的论文《利用超薄催化片的动力学控制的表面状态进行气相微动》于5月1日发表在《美国国家科学院院刊》。该论文的共同主要作者是22岁的博士鲍南琪和22岁的前博士后研究员刘庆坤。该项目由资深作者NicholasAbbott领导，他是康奈尔工程学院RobertF.Smith化学和生物分子工程学院的Tisch大学教授，同时还有物理学教授ItaiCohen和JohnA.Newman物理科学教授PaulMcEuen，他们都在文理学院；以及康奈尔工程学院SamuelB.Eckert工程教授DavidMuller。Abbott说："目前已经有相当好的电能到机械能的转换技术，如电动机，麦克尤恩和科恩小组已经用他们的机器人展示了在微观上实现的策略，但是如果你寻找直接的化学到机械的转换，实际上选择非常少。"之前的努力依赖于只能在极端条件下发生的化学反应，例如在几百摄氏度的高温下，而且反应往往繁琐缓慢--有时长达10分钟--使得这种方法对于日常技术应用不切实际。然而，阿伯特的研究小组在审查一个催化实验的数据时发现了某种漏洞：化学反应途径的一小部分同时包含了慢速和快速步骤。"如果你看一下化学执行器的反应，并不是说它从一种状态直接进入另一种状态。它实际上经历了一次进入弯曲状态的游移，一个曲率，它比两个终端状态中的任何一个都更极端，"Abbott说。"如果你了解催化途径中的基本反应步骤，你可以进入并以外科手术的方式提取出快速步骤。你可以围绕这些快速步骤操作你的化学执行器，而忽略它的其余部分。"研究人员需要合适的材料平台来利用这种快速动能，因此他们求助于McEuen和Cohen，他们曾与Muller合作开发了以钛为盖的超薄铂金片。该小组还与麦迪逊威斯康星大学的ManosMavrikakis教授领导的理论家合作，他们使用电子结构计算来剖析当吸附在材料上的氢气暴露于氧气时发生的化学反应。然后，研究人员能够利用氧气迅速剥离氢气的关键时刻，使原子级薄的材料变形和弯曲，就像一个铰链。该系统以每周期600毫秒的速度启动，可以在20摄氏度--即室温--的干燥环境中运行。这个结果是相当普遍的，我们知道许多催化反应可以被诱发，这些反应是在各种物种的基础上发展起来的。因此，一氧化碳、氮氧化物、氨气：它们都是作为化学驱动执行器的燃料的候选者。该团队预计将该技术应用于其他催化金属，如钯和钯金合金。最终，这项工作可能带来全新的自主材料系统，其中控制电路和机载计算由材料的反应来处理--例如，一个自主化学系统，根据化学成分来调节流量。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1361883.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1361883.htm

新型光催化硼酸化方法变革合成化学转化产物的方式

新型光催化硼酸化方法变革合成化学转化产物的方式一个突破性的研究团队推出了一种利用NHC-BH3进行硼酸化反应的高效、可回收光催化系统，有助于在温和条件下进行可持续的高价值化学合成。资料来源：DICPNHC-BH3在自由基硼化反应中的优势NHC-BH3化学性质稳定，制备方法简单，是自由基硼化反应中的新型硼源。然而，由于需要大量有害的自由基引发剂以及昂贵且不可回收的均相光催化剂，NHC-BH3的应用受到了阻碍。在这项研究中，研究人员利用易于制备的硫化镉纳米片作为异相光催化剂。它们以NHC-BH3为硼源，可在室温和光照条件下对各种烯烃、炔烃、亚胺、芳香（杂）环和生物活性分子进行选择性硼化反应。由于转换过程充分利用了光生电子-空穴对，因此无需使用牺牲剂（通过自身损耗来减少其他化学剂损耗的廉价化学剂，且本身不与其他药剂起作用）。新系统的可扩展性和可回收性此外，他们还发现，这种光催化系统不仅可以实现克级放大，而且在催化剂多次循环后仍能保持稳定的产量。它还可以作为一个可回收的通用平台，使回收的催化剂能够继续催化不同种类的底物。戴教授说："我们的研究为开发以NHC-BH3为硼源的自由基硼化反应提供了新思路，反应得到的有机硼烷可用于合成含有羟基、硼酸盐和二氟硼烷反应位点的合成构筑物。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400819.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400819.htm

绿色化学技术新突破 研究人员将氨转化为可持续氮源

绿色化学技术新突破研究人员将氨转化为可持续氮源通过主族元素化合物对氨进行可逆活化和催化转移。资料来源：弗兰克-布雷赫，德国工业技术大学胺是农用和医药化学品以及洗涤剂、染料、润滑剂和涂料的基本成分。此外，还可用作生产聚氨酯的催化剂。胺还可用于炼油厂和发电厂的气体洗涤器。通过破坏氮和氢之间的强键（即活化），氨分子至少在理论上可以转移到其他分子上，如不饱和碳氢化合物。例如，将氨转移到化学工业中的重要物质乙烯上就会产生乙胺。化学家将这种加成称为氢化反应。然而，氨和乙烯之间不易发生反应。反应的发生需要催化剂。然而，基于过渡金属的传统催化剂会与氨发生反应而失去活性。"因此，非活化烯烃与氨的氢化反应被认为是催化领域的一大挑战与目标，"KIT无机化学研究所分子化学部研究小组负责人FrankBreher教授说。氨的活化和催化转移通过与帕德博恩大学（PaderbornUniversity）和马德里康普顿斯大学（ComplutenseUniversityofMadrid）的研究人员合作，无机化学研究所的弗兰克-布雷赫（FrankBreher）教授和费利克斯-克雷默（FelixKrämer）博士现在距离实现这一具有挑战性的目标又近了一步。"我们已经开发出一种氨的活化系统，它不是基于过渡金属，而是基于主族元素。活化和随后转移氨的"原子经济"过程不会产生任何废物，这在可持续发展方面具有特别意义，"布雷赫说。相关研究成果现已发表在《自然-化学》杂志上。研究小组制备出了一种所谓的受挫路易斯对（FLP），它由作为电子对受体的酸和作为电子对供体的碱组成。通常情况下，两者会相互反应并产生加合物。如果阻止或至少限制加合物的形成，就会产生受挫情况，分子很容易与氨等小分子发生反应。"关键是要抑制反应性，使其与小分子的反应是可逆的。只有这样，才有可能在催化中使用这种FLP。我们是第一个用氨作为底物实现这一点的人，"Breher报告说。研究发现，FLP很容易以热中性方式与非水氨发生反应，并在室温下可逆地拆分氨的氮氢键。研究人员首次展示了基于主族元素的催化剂催化的NH3转移反应。"迄今为止，我们只转化了活化底物，没有转化不饱和碳氢化合物。但我们已经更接近我们梦想中的反应了，"布雷赫说。"我们预计，我们的首次原理验证将启动进一步的工作，将N-H活化氨用作一种易于获得且可持续的氮源。"参考文献FelixKrämer、JanParadies、IsraelFernández和FrankBreher于2023年9月28日发表在《自然-化学》上的文章："一种能够在非水介质中活化和催化氨转移的结晶铝碳基双亲化合物"。DOI:10.1038/s41557-023-01340-9编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403155.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403155.htm

米兰理工新发现可为可持续化学合成带来革命性变革

米兰理工新发现可为可持续化学合成带来革命性变革米兰理工大学的研究人员开发出一种阳光激活催化剂，可有效推动酯化反应，减少稀有金属的使用，提供更具可持续性的化学合成。自然-合成》（NatureSynthesis）杂志刊登了这一进展，它有望节约资源并减少对环境的影响。资料来源：米兰理工大学利用在氮化碳载体上分散孤立原子的创新技术，研究小组开发出了一种在酯化反应中更具活性和选择性的催化剂。这是一种重要的反应，在这种反应中，羧酸和溴化物结合形成用于制造药品、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减少了稀有金属的使用，这是向节约关键资源和提高工艺可持续性迈出的重要一步。此外，这种催化剂可通过阳光激活，无需使用能源密集型方法。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潜力。化学、材料和化学工程系化学工程副教授GianvitoVilé教授负责协调该项目，米兰理工大学MarieSkłodowska-Curie博士后研究员MarkBajada是论文的第一作者。这项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，由欧盟委员会通过最近授予米兰理工大学的玛丽-斯克沃多夫斯卡-居里博士后奖学金和地平线欧洲项目（SusPharma）提供资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378273.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378273.htm