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

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

高效的新催化剂可将混合塑料垃圾转化为丙烷

高效的新催化剂可将混合塑料垃圾转化为丙烷塑料垃圾是我们这个时代最紧迫的环境问题之一，而对不同类型的塑料进行分类使得回收变得很棘手。现在，麻省理工学院的工程师们已经开发出一种有效的新催化剂，可以将混合塑料分解成丙烷，然后可以作为燃料燃烧或用于制造新塑料。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1325465.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1325465.htm

【报告：比特币挖矿可以将浪费的甲烷排放转化为危害较小的排放物】

【报告：比特币挖矿可以将浪费的甲烷排放转化为危害较小的排放物】2023年09月22日07点38分老不正经报道，风险管理研究所（IRM）与可再生能源小组成员DylanCampbell和AlexanderLarsen发表了一份名为《比特币与能源转型》的报告，该报告认为，虽然比特币因其能源消耗而被视为一种风险，但它也可以成为能源转型的催化剂，并能为全球能源挑战带来新的解决方案。在报告中，作者还强调了能源的重要功能，以及对可靠、清洁和更实惠能源的日益增长的需求。尽管比特币的能源强度受到批评，但该研究通过展示BTC能为能源行业带来的潜在利益，对比特币提供了一个更加平衡的观点。报告指出，到2030年，比特币采矿可以减少全球排放量达8%。这可以通过将全球浪费的甲烷排放转化为危害较小的排放物来实现。该报告引用了一个理论案例，称利用捕获的甲烷为比特币采矿作业提供动力，可以减少排放到大气中的甲烷量。

碳中性的生物化学制品：利用甲酸将二氧化碳转化为有价值的材料

碳中性的生物化学制品：利用甲酸将二氧化碳转化为有价值的材料甲酸盐可以被设想为碳中性生物经济的核心，它通过（电）化学手段从二氧化碳中生产出来，并通过酶的级联反应或工程微生物转化为增值产品。扩大合成甲酸盐同化的一个关键步骤是将其在热力学上具有挑战性地还原成甲醛，在这里可以看到黄色的颜色变化。资料来源：马克斯-普朗克陆地微生物学研究所/盖瑟尔由马克斯-普朗克陆地微生物研究所的TobiasErb领导的研究人员正在利用大自然的工具箱来开发新的二氧化碳固定方式。他们现在已经成功地开发出一种人工代谢途径，从甲酸中产生高活性的甲醛，这是一种可能的人工光合作用的中间产品。甲醛可以直接进入几个代谢途径，形成其他有价值的物质，而没有任何毒性影响。正如在自然过程中，需要两个主要成分：能量和碳。前者不仅可以由阳光直接提供，也可以由电力提供--例如由太阳能模块提供。在增值链中，碳源是可变的。二氧化碳不是这里的唯一选择，所有的单碳（C1构件）都会出现问题：一氧化碳、甲酸、甲醛、甲醇和甲烷。然而，几乎所有这些物质都有剧毒--要么对生物体（一氧化碳、甲醛、甲醇），要么对地球（作为温室气体的甲烷）。只有甲酸，在中和成甲酸盐后，许多微生物可以容忍高浓度的甲酸。"甲酸是一个非常有前途的碳源，"该研究的第一作者MarenNattermann强调说。"但是在试管中把它转化为甲醛是相当耗能的。这是因为甲酸的盐，即甲酸盐不能轻易转化为甲醛。这两个分子之间有一个严重的化学障碍，我们必须用生化能量--ATP--来弥合，然后才能进行实际的反应。"研究人员的目标是找到一种更经济的方法。毕竟，将碳送入新陈代谢所需的能量越少，剩下的能量就越多，以推动生长或生产。但这样的路径在自然界并不存在。"发现具有多种功能的所谓杂交酶需要一些创造力，"托比亚斯-埃尔伯说。"然而，发现候选酶只是一个开始。我们正在谈论的是可以一起计算的反应，因为它们是如此缓慢--在某些情况下，每一种酶每秒不到一个反应。自然反应的发生速度可以快上千倍"。这就是合成生物化学的作用马伦-纳特曼说："如果知道一种酶的结构和机制，你就知道该在哪里进行干预。在这里，我们从我们的同事在基础研究方面的初步工作中大大受益。"酶的优化包括几种方法：构件被特别交换，随机突变被产生并被选择为能力。"甲酸盐和甲醛都非常合适，因为它们能穿透细胞壁。我们可以将甲酸盐放入产生我们的酶的细胞的培养基中，几小时后，将产生的甲醛转化为无毒的黄色染料，"马伦-纳特曼解释说。如果不使用高通量方法，就不可能在这么短的时间内取得这一结果。为了实现这一目标，研究人员与他们的工业伙伴--位于德国埃斯林根的费斯托公司进行了合作。"MarenNattermann说："在大约4000个变体之后，我们实现了生产的四倍改善。我们因此为模型微生物大肠杆菌（生物技术中的微生物主力军）在甲酸上生长奠定了基础。然而，就目前而言，我们的细胞只能产生甲醛，而不能进一步转化。"与马克斯-普朗克分子植物生理学研究所的合作伙伴SebastianWenk一起，研究人员目前正在开发一种可以吸收中间产物并将其引入中心代谢的菌株。与此同时，该团队正在与马克斯-普朗克化学能源转换研究所由WalterLeitner领导的一个工作组进行二氧化碳到甲酸的电化学转换研究。长期目标是一个"一体化平台"--从二氧化碳通过电生物化学过程到胰岛素或生物柴油等产品。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359573.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359573.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