新型催化剂可将二氧化碳高效转化为甲烷 转化率高达99.3%

新型催化剂可将二氧化碳高效转化为甲烷转化率高达99.3%DGIST的一个研究小组开发出一种先进的光催化剂，它能有效地将二氧化碳转化为甲烷，有可能为应对全球变暖提供一种可持续的解决方案。来自DGIST能源科学与工程系的InSoo-il教授及其团队成功开发出一种高效光催化剂。这项创新能够将导致气候变化的重要因素二氧化碳（CO2）转化为甲烷（CH4），也就是通常所说的天然气。全球变暖导致世界各地气候异常，威胁着人类的生存。减少温室气体是解决日益令人担忧的全球变暖问题的关键，这需要将大气中的二氧化碳转化为其他物质。光催化技术是一种环保解决方案，它只需利用太阳能和水就能将二氧化碳转化为有用的物质，如天然气。生产出的天然气可在日常生活中用作供暖、制冷系统和车辆的燃料。光催化材料的改进研究小组将吸收可见光和红外线的硒化镉与二氧化钛（一种金属氧化物和著名的光催化材料）结合起来，高效地将二氧化碳转化为天然气。以前，人们曾将具有周期性晶格结构的结晶二氧化钛作为光催化材料进行分析。然而，由于颗粒的规则排列，钛的三价阳离子（Ti3+）的活性位点的形成受到了限制。为了克服这个问题，In教授的团队使用无定形二氧化钛改进了催化反应，因为无定形二氧化钛可以通过缺乏晶格结构周期性的不规则颗粒排列形成更多的Ti3+活性位点。除了催化作用得到改善外，电荷转移过程也很稳定，可确保有足够的电子参与反应。这有助于将二氧化碳转化为碳化合物，特别是甲烷燃料。此外，与需要高温再生的传统光催化剂不同，无定形催化剂在不加热的情况下向反应器供氧，可在一分钟内再生。高效率和未来研究方向研究小组新开发的无定形二氧化钛-硒化镉光催化剂（TiO2-CdSe）在光反应18小时后的前6小时内甲烷转化率仍高达99.3%，是具有相同成分的晶体光催化剂（C-TiO2-CdSe）的4.22倍。"这项研究的重要意义在于，我们开发出了一种具有再生活性位点的催化剂，并通过计算化学研究确定了利用非晶态催化剂将二氧化碳转化为甲烷的机理，"DGISTIn教授说。"我们将开展后续研究，以改善无定形光催化剂的能量损失，并提高其长期稳定性，从而实现该技术的未来商业化。"编译来源：ScitechDailyDOI:10.1016/j.apcatb.2024.124006...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434187.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434187.htm

像超级酶一样工作 化学家开发出分解生物质的合成催化剂

像超级酶一样工作化学家开发出分解生物质的合成催化剂在一个细雨蒙蒙的下午，赵岩指着校园窗外的树木。作为爱荷华州立大学的化学教授，他正在开创一种新型合成催化剂，这种催化剂可以分解纤维素，而纤维素是植物纤维，是树木高度和强度的来源。纤维素经久耐用--树木不会在雨后消失，因此分解纤维素是一项巨大的挑战。PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379061.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379061.htm

新型太阳能技术可将温室气体转化为燃料和有用化学品

新型太阳能技术可将温室气体转化为燃料和有用化学品访问：NordVPN立减75%+外加3个月时长另有NordPass密码管理器在太阳光的集中照射下，这种复合材料在甲烷与二氧化碳的干转化（DRM）过程中表现出卓越的性能，合成气进化率达到180.9mmolgcat-1h-1，选择性达到96.3%。与传统催化系统相比，这是一项重大改进，因为传统催化系统通常需要高能量输入，而且会迅速失活。"我们的工作代表着在应对温室气体排放和可持续能源生产双重挑战方面迈出的重要一步，"上海交通大学首席研究员周宝文教授说。"通过利用太阳能和合理设计的纳米结构，我们展示了一条将废气转化为宝贵化学资源的绿色高效路线。"研究人员探索了Rh/InGaN1-xOx纳米线在光照驱动下与二氧化碳进行甲烷干转化制合成气（CH4+CO2+light=2CO+2H2）的应用。该研究提出，用O部分取代InGaN中的N可以大大提高催化剂在光照下的活性和稳定性，而无需额外加热。研究人员将其光催化剂的卓越性能归功于光活性InGaN纳米线、氧修饰表面和催化活性铑纳米颗粒的整合所产生的协同效应。机理研究表明，结合的氧原子在促进二氧化碳活化、促进一氧化碳生成和抑制催化剂因焦化沉积而失活方面起着至关重要的作用。这项研究成果发表在著名的《科学通报》杂志上，为开发先进的光催化系统，利用可再生资源可持续地生产燃料和化学品铺平了道路。研究小组相信，他们的方法可以推广到其他重要的化学反应中，为绿色化工提供新的机遇。周宝文教授说："我们对这项技术的前景感到兴奋。"通过进一步优化催化剂设计和反应器配置，我们的目标是扩大该工艺的规模，并证明其在实际应用中的可行性。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431408.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431408.htm

以光为动力的纳米材料催化剂可能是发展氢能经济的关键

以光为动力的纳米材料催化剂可能是发展氢能经济的关键这项研究于11月24日发表在《科学》杂志上，由莱斯大学纳米光子学实验室、SyzygyPlasmonics公司和普林斯顿大学Andlinger能源与环境中心的一个团队进行。最近政府和工业界为创建无碳液态氨燃料的基础设施和市场而进行持续投资，它不会造成温室效应，这与这项研究有很好的协同作用。由于液氨易于运输，而且蕴含大量的能量，每个分子中有一个氮原子和三个氢原子，因此液氨是一种有希望的未来清洁燃料。新的催化剂将这些氨分子（NH3）分解成氢气（H2），一种清洁燃烧的燃料，和氮气（N2），地球大气中最大的组成部分。而且与传统的催化剂不同，它不需要加热。相反，它从光中获取能量，无论是太阳光还是节能的LED。化学反应的速度通常会随着温度的升高而增加，一个多世纪以来，化学品生产商已经通过在工业规模上应用热量来利用这一优势。燃烧化石燃料，将大型反应容器的温度提高数百或数千度，造成了巨大的碳足迹。化工生产商每年还在热催化剂上花费数十亿美元--这些材料不会发生反应，但在强烈的加热下会进一步加速反应。"像铁这样的过渡金属通常是可怜的热催化剂，"研究报告的共同作者、莱斯大学的NaomiHalas说。"这项工作表明它们可以成为高效的等离子体光催化剂。它还表明，光催化可以用廉价的LED光子源有效地进行。"用于测试铜铁等离子体光催化剂的光催化平台，用于从氨气中生产氢气。资料来源：布兰登-马丁/莱斯大学的照片最好的热催化剂是由铂和相关贵金属如钯、铑和钌制成的。Halas和Nordlander花了数年时间开发光激活的，或称质子的金属纳米粒子。其中最好的通常也是用银和金等贵金属制成。继他们在2011年发现了能放出被称为"热载流子"的短寿命高能电子的质子粒子之后，他们在2016年发现，热载流子发生器可以与催化粒子联姻，产生混合的"天线-反应器"，其中一部分从光中获取能量，另一部分则用能量来驱动具有超高精度的化学反应。Halas、Nordlander、他们的学生和合作者多年来一直致力于为天线反应器的能量收集和反应加速两部分寻找非贵金属替代品。这项新的研究是这项工作的一个高潮。在该研究中，Halas、Nordlander、莱斯大学校友HosseinRobatjazi、普林斯顿大学工程师和物理化学家EmilyCarter等人表明，由铜和铁制成的天线反应器颗粒在转化氨方面非常有效。颗粒中的铜、能量收集片从可见光中捕捉能量。休斯敦SyzygyPlasmonics公司的铜铁质子光催化剂测试中使用的反应池（左）和光催化平台（右），用于从氨生产氢气。催化作用的所有反应能量都来自LED，其产生的光的波长为470纳米。Halas研究小组的博士校友Robatjazi说："在没有光的情况下，铜-铁催化剂表现出比铜-钌催化剂低约300倍的反应性，鉴于钌是这种反应的更好的热催化剂，这并不奇怪。在充足照明下，铜-铁显示出与铜-钌相似的效率和反应能力，并与之相媲美。"Syzygy公司已经许可了莱斯大学的天线反应器技术，这项研究包括在该公司的商用LED驱动的反应器中对催化剂进行放大测试。在莱斯大学的实验室测试中，铜-铁催化剂被激光照射。Syzygy公司的测试表明，在LED照明下，催化剂保持了其效率，而且规模比实验室设置大500倍。这表明用LED的光催化作用可以从氨气中产生克级数量的氢气。为在等离子体光催化中完全取代贵金属打开了大门。"鉴于它们在大幅减少化工行业碳排放方面的潜力，质子天线-反应器光催化剂值得进一步研究，"卡特补充说。"这些结果是一个很大的推动力。他们表明，其他丰富的金属组合有可能被用作广泛的化学反应的成本效益催化剂"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333849.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333849.htm

新型光催化系统可将二氧化碳转化为有价值的燃料

新型光催化系统可将二氧化碳转化为有价值的燃料光合作用是植物和某些生物的叶绿体利用阳光、水和二氧化碳产生食物或能量的机制。过去几十年来，许多研究人员都在努力创造合成光合作用过程，目的是将二氧化碳转化为碳中性燃料。联合研究的负责人之一、城大化学系副教授叶如泉教授解释说："然而，二氧化碳很难在水中转化，因为许多光敏剂或催化剂会在水中降解。虽然人工光催化循环已被证明能以更高的内在效率运行，但其在水中还原二氧化碳的低选择性和低稳定性阻碍了它们的实际应用。"分层自组装光催化系统（左）模仿了一种名为"Rhodobactersphaeroides"的紫色细菌（右）的自然光合作用装置，在将二氧化碳转化为甲烷时实现了15%的太阳能转化为燃料的效率。资料来源：（左）叶如泉教授研究小组/香港城市大学；（右）《生物物理学报》，99:67-75，2010年在最新的研究中，来自城大、香港大学、江苏大学和中国科学院上海有机化学研究所的联合研究小组克服了这些困难，利用超分子组装方法创建了一个人工光合作用系统。它模仿了紫色细菌的光收集色素细胞（即含有色素的细胞）的结构，这种细胞能非常有效地从太阳光中传递能量。这种新型人工光合作用系统的核心是一种高度稳定的人工纳米胶束--一种能在水中自组装的聚合物，具有亲水端和惧水端。这种纳米胶束的亲水性头部可作为光敏剂吸收阳光，而疏水性尾部则可作为自组装的诱导剂。将纳米簇放入水中，由于水分子与簇尾之间的分子间氢键作用，纳米簇就会自组装。加入钴催化剂后，光催化制氢和还原二氧化碳，从而产生氢气和甲烷。香港城市大学化学系副教授叶如泉教授（前排中）及其研究团队。图片来源：香港城市大学研究小组利用先进的成像技术和超快光谱技术，揭示了创新光敏剂的原子特征。他们发现，纳米小分子亲水性头部的特殊结构，以及水分子与纳米小分子尾部之间的氢键作用，使其成为一种稳定的、与水相容的人工光敏剂，解决了人工光合作用传统的不稳定性和与水不相容的问题。光敏剂与钴催化剂之间的静电作用以及纳米簇的强光采集天线效应改善了光催化过程。在实验中，研究小组发现甲烷的生产率超过13000μmolh-1g-1，24小时的量子产率为5.6%。它还实现了15%的高效太阳能转化为燃料的效率，超过了自然光合作用。最重要的是，这种新型人工光催化系统不依赖昂贵的贵金属，具有经济可行性和可持续性。叶教授说："该系统的分层自组装提供了一种很有前景的自下而上的策略，即基于廉价、地球上丰富的元素，如锌和钴卟啉复合物，来创建一种精确控制的高性能人工光催化系统。"氢键增强纳米胶束的形成及其在太阳能下制氢和还原二氧化碳的过程。资料来源：叶如泉教授研究小组/香港城市大学叶如泉教授说，他相信这项最新发现将有利于并启发未来利用太阳能转化和还原二氧化碳的光催化系统的合理设计，为实现碳中和的目标作出贡献。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375391.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375391.htm

科学家改进合成不对称配体的工艺 为过渡金属催化提供探索途径

科学家改进合成不对称配体的工艺为过渡金属催化提供探索途径更容易获得更多种类的这些不对称化合物为设计过渡金属催化剂开辟了新的可能性。这项研究今天（11月21日）发表在《自然-通讯》杂志上，由日本北海道大学化学反应设计与发现研究所（WPI-ICReDD）的科学家进行。这项研究的重点是一类名为1,2-双（二苯基膦）乙烷衍生物（DPPEs）的化合物。DPPEs是双叉的，即它们在两个位置上附着在催化剂的金属中心。然而，DPPEs通常是对称的，每个连接臂都是相同的，这限制了可能的结构多样性和反应性。新的研究克服了这一限制，报告了一种利用乙烯（一种产量丰富的原料化学品）开发非对称DPPE的通用方法。基于AFIR的计算和实验过程的示意图，用于开发非对称DPPE的合成。资料来源：高野秀明等人，《自然通讯》2022年11月21日研究人员最初通过人工力诱导反应（AFIR）方法进行了量子化学计算，以确定可以反应形成DPPE的可能起始材料。计算结果显示了一个可行的过程，即磷化氢自由基很容易与乙烯反应形成DPPE。在此基础上，研究小组通过实验验证了一个简单的制造对称DPPE的过程，该过程在溶液中只需混合三种现成的化合物就能形成磷化氢自由基。这大大改善了以前涉及多个步骤和使用不稳定、高活性化合物的方法。这一过程随后被扩展到非对称DPPE，将乙烯与涵盖广泛的电子特性和尺寸的氯膦和磷化氢混合。尺寸和电子特性的差异产生了一种推拉效应，可能带来更有用的反应性或选择性，研究发现，使用蓝光LED照射的光催化剂提供了最好的产量。北海道大学化学反应设计与发现研究所（WPI-ICReDD）的研究团队成员。作为一项测试，该团队随后使用其中一种不对称DPPE衍生物形成了金属复合物。他们比较了与DPPE复合的钯和与不对称DPPE衍生物复合的钯的特性。这两种配合物具有明显不同的特性，包括颜色、吸收光谱和分子轨道能量，显示出不对称DPPE衍生物在作为催化剂配体时有可能实现不同的反应性。研究人员认为，应用于催化剂设计和使用一种低成本、丰富的材料都是这种方法的优势。"我们成功地合成了DPPE衍生物，这些衍生物作为过渡金属催化剂的配体是有用的，而且我们使用廉价的、容易获得的乙烯做到了这一点，"主要作者高野秀明说。"这一结果的实现是由于使用AFIR量子化学计算与有机化学家的实验技能和经验相结合所产生的协同效应。今后，我想利用我们在此报告的方法合成的新型配体开发新的、革命性的反应。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333449.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333449.htm