研究人员探索陶瓷釉面影响茶的风味、香气和健康益处

研究人员探索陶瓷釉面影响茶的风味、香气和健康益处最新研究成果最近,来自日本名古屋工业大学(NITech)的研究人员首次发现,用于泡茶的陶瓷茶具上釉的选择对儿茶素类黄酮的保留起着关键作用。在最近发表在《科学报告》(ScientificReports)杂志上的这项研究中,白井隆副教授(TakashiShirai)与日本工业技术大学先进陶瓷研究中心的辛云子博士(YunziXin)、志户宗(SotaShido)和加藤邦彦博士(KunihikoKato)研究了四种不同的典型日本商业釉料--Oribe、Namako、Irabo和Toume--对儿茶素(绿茶中含量最高的类黄酮)含量的影响。茶具上的釉料会氧化茶叶中的儿茶素,从而大大减少茶叶中儿茶素的含量,改变茶叶的味道、香气和保健功效。资料来源:日本NITech的TakashiShirai博士釉的特性和成分虽然釉涂层主要由长石矿物组成,如硅、铝、钠和钙氧化物,但它们也含有不同的金属氧化物,为陶瓷器皿带来独特的外观和质感。Oribe釉主要含有铜(Cu)氧化物,呈现出鲜艳的绿色,而Namako釉含有钴(Co)氧化物,呈现出深蓝色。伊良堡釉含有铁(Fe)氧化物,呈现橙色,而东明釉则含有大量钛(Ti),呈现透明效果。方法和观察为了研究釉对茶叶儿茶素的影响,研究人员使用离子交换水在80°C(176°F)的温度下冲泡绿茶溶液三分钟。茶叶被分离出来,上清液(高于固体残留物的液体)与涂在瓷砖上的釉粉混合。然后让釉茶混合物反应六小时,再通过离心和过滤去除釉粉。研究人员观察到,原始茶溶液呈透明的亮黄色,但经过六小时的降解后,变成了黄褐色。相比之下,经过不同釉料降解的茶叶溶液呈现出较深的黑色或棕色。换句话说,颜色变化的程度在很大程度上取决于釉的类型。涂有釉料的茶具样品(b)与釉料混合前后的茶叶溶液(上图),以及有釉料和无釉料的降解茶叶溶液(下图)。资料来源:日本NITech的TakashiShirai此外,研究人员还观察到茶叶中改变的儿茶素含量有选择性地减少。与Oribe、Namako和Irabo釉料混合的茶溶液中表儿茶素、表儿茶素没食子酸酯、表没食子儿茶素和表没食子儿茶素没食子酸酯的浓度显著降低,而Toumei釉料则选择性地降解了表没食子儿茶素没食子酸酯。儿茶素浓度的降低和由此产生的颜色变化可归因于儿茶素的氧化过程,氧化过程会形成褐色的茶黄素和橘红色的茶黄素及其氧化物色素。科学解释和影响"在降解过程中,釉粉中的铜氧化物、钴氧化物、铁氧化物和钛氧化物可作为路易斯酸催化剂,促进儿茶素分子氧化成邻醌,然后进一步反应生成大黄素和/或茶黄素及其氧化物。另一种氧化途径是通过中间自由基儿茶素的聚合反应,"Shirai博士解释说。"非常有趣的是,大黄素和茶黄素是红茶等发酵茶的主要成分。换句话说,用特定陶瓷茶具冲泡的绿茶可以变成红茶。"这项研究强调,陶瓷茶具所用釉料的选择会显著影响茶叶中儿茶素等有益化合物的浓度。白井博士总结说:"釉料对儿茶素降解的特定功能不仅为功能材料的设计和开发提供了主要信息,而且还会影响日常饮茶和长期的人体健康相关问题。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383653.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1383653.htm

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研究人员发现西瓜对健康的新益处

研究人员发现西瓜对健康的新益处最近发表在《营养素》(Nutrients)杂志上的一项研究表明,西瓜可以促进儿童和成人对营养素的吸收,并提高膳食的总体质量。这项研究基于对美国国家健康与营养调查(NHANES)数据的分析,发现与不食用西瓜的人相比,食用西瓜的人的总体饮食质量明显更好。根据这项研究,儿童和成人西瓜消费者的膳食纤维、镁、钾、维生素C、维生素A以及番茄红素和其他类胡萝卜素的摄入量较高,而他们的添加糖和总饱和脂肪酸的摄入量较低。该研究的分析师和作者KristenFulgoni将于2023年7月22-25日在波士顿举行的美国营养学会年会上公布研究结果。除NHANES研究外,发表在《Nutrients》上的另一项新研究也在该研究领域以往工作的基础上表明,补充西瓜汁可在高血糖时保护血管功能。在路易斯安那州立大学进行的这项随机、双盲、安慰剂对照交叉试验测试了每天补充2周西瓜汁的效果,特别考察了L-瓜氨酸和L-精氨酸(西瓜中的两种化合物)对一氧化氮生物利用率和心率变异性的潜在有益调节作用。这两项研究均由国家西瓜促进委员会资助。"我们承认,虽然样本量较小(18名健康的年轻男性和女性),需要进行更多的研究,但这项研究增加了目前支持经常摄入西瓜促进心血管代谢健康的证据。"路易斯安那州立大学营养与食品科学学院教授JackLosso博士说:"除了L-瓜氨酸和L-精氨酸,西瓜还是抗氧化剂、维生素C和番茄红素的丰富来源,所有这些物质都有助于减少氧化应激,在预防心脏病方面发挥作用。"《美国人膳食指南》(DGA)建议每天摄入1.5至2.5杯水果,而目前美国成人和儿童并没有达到这一目标,每人每天只摄入建议水果份量的一半左右。西瓜是一种营养丰富的水果,是维生素C(25%DV)、维生素B6(8%DV)的绝佳来源,也是保持水分(92%水分)的美味方式,且每2杯西瓜仅含80卡路里的热量。不仅如此,由于气候的多样性,西瓜一年四季都可以生产,因此任何时候都可以享用。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370615.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1370615.htm

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研究人员揭示家用燃气炉如何悄无声息地影响我们的健康

研究人员揭示家用燃气炉如何悄无声息地影响我们的健康一项关于美国家庭空气污染的研究发现,使用煤气炉或丙烷炉的家庭经常吸入不健康水平的二氧化氮。斯坦福大学多尔可持续发展学院教授罗布-杰克逊(RobJackson)是5月3日发表在《科学进展》(ScienceAdvances)上的这项研究的资深作者。他说,煤气炉和丙烷炉产生的污染不仅仅是厨师或厨房里的人的问题。"这是整个家庭的问题。"除其他对健康的负面影响外,长期吸入高浓度的二氧化氮(NO2)会加剧哮喘发作,并与儿童肺部发育不良和过早死亡有关。虽然接触二氧化氮的大部分原因是汽车和卡车燃烧化石燃料,但研究人员估计,燃气炉和丙烷炉产生的污染物组合可能是目前多达20万例儿童哮喘病例的罪魁祸首。论文作者包括来自加利福尼亚州中部哮喘合作组织、PSE健康能源公司和哈佛大学陈嘉庚公共卫生学院的科学家,他们表示,其中四分之一可归咎于二氧化氮本身。"我们发现,到目前为止,炉子里燃烧多少煤气是影响暴露量的最大因素。之后,你是否有一个有效的抽油烟机--以及你是否使用它?"斯坦福大学博士生梅塔-尼科尔森(MettaNicholson)在家中观察煤气灶,科学家们在加利福尼亚州、德克萨斯州、科罗拉多州、纽约州和华盛顿特区测量空气污染,这是他们数据收集工作的一部分。图片来源:罗布-杰克逊,斯坦福大学多尔可持续发展学院除了哮喘病例之外,使用煤气炉的美国家庭长期暴露于二氧化氮中,每年足以导致数千人死亡,可能多达19000人,占每年与二手烟雾有关的死亡人数的40%。这一估计基于研究人员对人们在家中因使用燃气灶而吸入的二氧化氮量进行的新测量和计算,以及关于长期暴露于室外二氧化氮(受美国环境保护局监管)而导致死亡的现有最佳数据。死亡人数估计值是近似值,部分原因是它没有考虑到短时间内反复暴露于极高浓度的二氧化氮所产生的有害影响,而在使用燃气灶的家庭中就会出现这种情况。它还依赖于过去对室外二氧化氮对健康影响的研究,因为在室外还有来自车辆和发电厂的污染物。斯坦福大学多尔可持续发展学院的科林-费尼根(ColinFinnegan)检查没有安装抽油烟机的燃气灶上正在炖煮的锅。使用将空气排放到室外的抽油烟机可以极大地影响家中空气中的二氧化氮含量。图片来源:罗布-杰克逊,斯坦福大学多尔可持续发展学院研究人员使用传感器测量了100多个不同大小、布局和通风方式的家庭在使用炉灶之前、期间和之后的二氧化氮浓度。他们将这些测量结果和其他数据纳入一个由美国国家标准与技术研究院(NIST)的软件CONTAM支持的模型中,该软件用于模拟建筑物中的气流、污染物传输和逐个房间的居住者暴露情况。这样,他们就能在一系列现实条件和行为下估算出全国范围内的平均值和短期暴露量,并将模型输出结果与家庭测量结果进行交叉检验。研究结果表明,在全国范围内,通常使用煤气炉或丙烷炉会增加二氧化氮的暴露量,估计平均一年会增加十亿分之四。这相当于世界卫生组织认定的室外空气中二氧化氮暴露水平的四分之三。卡什坦说:"这还不包括所有室外污染源的总和,因此你的二氧化氮超标的可能性要大得多。"这项研究是斯坦福大学杰克逊研究小组对燃气灶造成的室内空气污染进行的一系列研究中的最新一项。此前的研究记录了燃气灶排放其他污染物的速度,包括温室气体甲烷和致癌物质苯。但要了解炉灶排放对人体健康的影响,研究人员需要弄清污染物在家中扩散、积聚并最终消散的程度。"杰克逊是米歇尔和凯文-道格拉斯教务长地球系统科学教授,他说:"我们正在从测量炉灶产生了多少污染转向人们实际呼吸了多少污染。"任何燃料在热锅中烹饪食物时都会产生微粒污染。然而,新的研究证实,食物在烹饪过程中几乎不会排放二氧化氮,电炉也不会产生二氧化氮。杰克逊说:"是燃料的问题,而不是食物的问题。电炉不会排放二氧化氮或苯。如果你拥有煤气炉或丙烷炉,就需要通过通风来减少污染物的暴露。"即使在较大的住宅中,即使抽油烟机打开并向室外排气,在烹饪期间和之后,二氧化氮的浓度也会经常飙升到不健康的水平。但是,与全国平均水平相比,居住在面积小于800平方英尺(约为一个小型两居室公寓的面积)的人一年中接触到的二氧化氮是全国平均水平的两倍,是居住在面积超过3000平方英尺的最大住宅中的人的四倍。由于家庭规模的不同,不同种族、族裔和收入群体的暴露量也存在差异。研究人员发现,与全国平均水平相比,美国印第安人和阿拉斯加原住民家庭的二氧化氮长期暴露量高出60%,黑人和西班牙裔或拉丁裔家庭高出20%。在较贫困社区(通常是少数民族社区)中,人们暴露于室外二氧化氮污染源(如汽车尾气)的几率通常也更高,而燃气灶造成的室内空气污染则加剧了这一事实。杰克逊说:"贫困社区的人们并不总是有能力更换电器,或者他们可能是租房居住,因为他们并不拥有电器,所以无法更换,"他说。"同样的炉灶使用量,住在小房子里的人吸入的污染也更多"。编译来源:ScitechDaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429557.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1429557.htm

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SLAC研究人员正开发新的光激活方法生产突破性生物医学分子

SLAC研究人员正开发新的光激活方法生产突破性生物医学分子研究人员在SLAC的斯坦福同步辐射光源(SSRL)上采用了先进的X射线光谱技术,从而能够更深入地探究硝氧化物的化学特性。资料来源:GregStewart/SLAC国家加速器实验室虽然一氧化氮(NO)因其显著的生理效应而长期受到研究人员的关注,但其鲜为人知的表亲-次硝酸(HNO)却在很大程度上仍未得到开发。这项最近发表在《美国化学学会杂志》(JournaloftheAmericanChemicalSociety)上的研究,是SLAC的线性相干光源(LCLS)X射线激光器和斯坦福同步辐射光源(SSRL)团队共同努力的成果。次硝酸具有许多与一氧化氮相同的生理效应,如抵抗病菌、防止血栓、放松和扩张血管等,同时还具有额外的治疗特性,如治疗心力衰竭的功效,以及更强的抗氧化活性和伤口愈合能力。然而,它并不是一种化学寿命足够长的物质,因此能够定向输送它的方法是未来生物医学应用的关键。为了应对这一挑战,研究小组重点研究了一种独特的分子--铁-亚硝基复合物(Fe-NO)。他们的研究旨在了解Fe-NO键在光照射之前和之后的复杂性质,以了解亚硝基生成的复杂性。他们发现,将这种分子暴露在光学光线下,可以破坏其键,从而可能产生亚硝基氧化物。"虽然这项研究是基础性的,但我们希望其他研究人员能够利用我们从这种分子中学到的知识,通过优化类似的医药分子来构建治疗技术,"SLAC科学家和合作者利兰-吉(LelandGee)说。"我们的想法是获得一种能在体内需要的地方释放出HNO的分子,并对其进行照射,使其释放出治疗特性"。研究小组面临的挑战之一是铁-NO复合物中铁原子和亚硝基配体(一种与中心金属原子或离子结合的分子或离子)之间的电子分布不明确,这限制了使用传统方法可以获得的信息量。科学家们在SSRL采用了先进的X射线光谱技术,使他们能够更深入地探究分子及其键的化学性质,从而更全面地了解Fe-NO系统及其对光的反应。后续工作中,科学家们计划进一步探索断键过程的复杂性,以及如何优化硝氧化物或一氧化氮的生产。他们还在考虑用其他金属代替铁,以更好地了解光生成过程。"在这项研究中,我们了解了光照后的起始分子及其最终产物,"Gee说。"在实际断键和从分子中释放出硝基氧化物的过程中,仍有许多细微差别需要探索。在这个过程中,是哪一步决定了一氧化氮的释放?我们怎样才能从结构上调整系统,使其产生任一分子?"这项工作有助于了解在LCLS的未来实验中需要监测哪些特性,科学家们将能够实时拍摄一氧化氮光生成过程的快照。Gee说:"我们获得的信息凸显了这种方法的威力,并为今后在LCLS上对这些分子和类似分子的研究提供了蓝图。"这项研究为医学界和患者带来了希望,他们可能会从未来的应用中受益。"虽然我们离利用这些分子的光来治疗严重的心血管疾病还很遥远,但对这些分子的基本认识为未来的应用研究奠定了坚实的基础,"Gee说。"这可能会带来全新的方法,利用光来治疗心血管疾病、微生物感染、癌症和其他健康问题"。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392311.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1392311.htm

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研究人员发现探索地球和太空的终极耐热材料

研究人员发现探索地球和太空的终极耐热材料有史以来最耐用的耐热材料可能就隐藏在人们的视线之中。美国国防部想知道在地球上和太空中发现的矿物和岩石是否蕴藏着下一代高温材料的秘密。为了找出答案,国防部通过多学科大学研究计划(MURI)向弗吉尼亚大学和亚利桑那州立大学的一个研究小组提供了625万美元的资助。该小组由弗吉尼亚大学材料科学与工程系主任、劳斯莱斯英联邦教授ElizabethJ.Opila(伊丽莎白-J.-奥皮拉)领导。竞争激烈的MURI项目为基础科学研究提供资金,国防部希望通过多个学科的集体见解,在其感兴趣的领域取得突破。"由于能源生产、高超音速技术以及增材制造等新领域的需求,现在是高温材料蓬勃发展的时期,"奥皮拉说。"人们正在探索新的组成空间,以不同的方式混合不同的元素。除此之外,我们还在思考这些受地质和行星启发的材料,这非常有趣。"与科学家通常使用的化合物材料相比,矿物和岩石非常复杂,这也是该项目潜力令人兴奋的原因。博士后研究员桑达马尔-威瑟拉马吉(SandamalWitharamage,右)是伊丽莎白-J.-奥皮拉(ElizabethJ.Opila)教授团队的成员,该团队利用美国国防部多学科大学研究计划(DepartmentofDefenseMultidisciplinaryUniversityResearchInitiative)的资助,开发由行星和地质启发的新型高温材料。资料来源:弗吉尼亚大学工程与应用科学学院"地质学家真正关注的是地球是如何形成的,我们在哪里可以找到这些不同的物质,"奥皮拉说。"我们希望将这些知识带入应用领域。"通过选择特定的物理特性,研究人员将复制大自然使用矿物成分、温度、压力以及这些力量的快速变化来制造他们的合成材料。我们的目标是极大地扩展高温材料的加工手段和成分,并为其他人记录这些手段和成分,以超越人类或大自然所创造的任何东西。寻找耐火材料为了满足对更好的耐火材料的需求--即那些在高温或腐蚀条件下不易减弱、熔化或分解的材料,美国陆军研究办公室就"地球和地外材料的新兴耐火行为"(EmergentRefractoryBehaviorsinEarthandExtraterrestrialMaterials)征集提案。在几项目标中,奥皮拉的团队将设计、制造、测试和描述一系列新材料,这些新材料的性能将优于目前在高温环境中使用的陶瓷、合金和涂层,例如华氏3000度的喷气发动机。奥皮拉曾是美国国家航空航天局(NASA)的科学家,也是耐热和耐腐蚀材料领域的创新者。她的合作者是来自弗吉尼亚大学工程与应用科学学院、亚州立大学物质、传输与能源工程学院、分子科学学院以及地球与太空探索学院的地质学、计算建模和材料科学专家。合作首席研究员来自弗吉尼亚大学工程学院,他们是机械与航空航天工程惠特尼-斯通工程学教授PatrickE.Hopkins和材料科学与工程助理教授Bi-ChengZhou。霍普金斯的ExSiTE实验室专门研究基于激光的热性能测量技术。他的实验室将对研究小组提出的材料进行表征。周必成是一名计算建模专家,因发明了CALPHAD方法的变体以扩展其功能而闻名。他和另一位计算建模专家、亚州立大学材料科学与工程系助理教授洪启军将利用各自的专长,为两校的实验实验室快速发现有前途的"配方"。亚利桑那大学的实验室由著名的热力学跨学科专家兼纳夫罗茨基-艾林宇宙材料中心主任亚历山德拉-纳夫罗茨基(AlexandraNavrotsky)和亚利桑那大学分子科学与地球和太空探索学院教授、矿物学家和材料化学家许宏武(HongwuXu)负责管理。奥皮拉说,这些团队将制作和分析未来的配方--经常交换样品进行测试,她的实验室将带来极高的温度,而亚利桑那大学的实验室将进行高压和高温测试。弗吉尼亚大学博士生帕德雷金-斯塔克(PádraigínStack)介绍说,合成测试样品传统上从粉末状元素开始,然后对粉末进行化学变化,分离出目标材料或目标材料的成分。新成分经过稀释、加热和干燥后变回粉末状,然后进行烧结,在烧结过程中施加足够的热量和压力,形成致密的材料球。烧结块的薄片被称为"试样",研究人员将对其进行各种测试--例如,在奥皮拉的实验室中将其置于高速蒸汽中,或者在亚利桑那州立大学用金刚石砧施加类似地质学的压力。除了这些传统的合成方法,研究小组还将尝试受行星或地质现象启发的方法,例如在高压下加热水进行的热液合成。由于水在地球高温高压的内部非常丰富,热液过程与含有稀土元素的矿物的形成等有关,而稀土元素是许多可再生能源应用的关键成分。在实验室中,水热合成涉及在封闭容器中的热水基溶液中形成晶体,这样在液体上移动的气态分子就会在系统内产生很高的蒸汽压。稀土元素的困境MURI项目的重点之一是利用稀土元素。许多稀土元素已被用于传统的高温材料中,如航空和高超音速飞行中的环境屏障涂层,以及电池、LED设备和其他需求日益增长的产品,但成本高昂。虽然稀土实际上并不稀有,但从土壤和岩石中分离稀土元素需要数十个步骤,其中大部分都会造成污染。"我们要使用的所有这些稀土氧化物现在都存在于矿物中,"奥皮拉说。"有人开采它们,然后将它们全部分离出来。例如,镱和镥是元素周期表上的邻居。它们的化学性质非常相似,需要经过66个步骤,其中涉及许多化学物质,会产生令人讨厌的废品。"分离问题让奥皮拉提出了一个问题,这也是她和她的学生们正在研究的另一个与MURI有关的项目的核心所在:"如果你直接从地下提取一种由你想要的元素组成的矿物,但不分离它们,只是稍微清理一下,然后用它来制造你的材料,那会怎么样?"他们正在试验用一种常见的矿物--氙来改进环境阻隔涂层(或称EBC),这种涂层可以保护喷气发动机部件免受高速蒸汽和沙漠风沙等危害。如果沙子渗入涂层,就会熔化成玻璃,并与底层合金发生反应。"我们知道某些矿物是稳定的,因为我们可以在地下找到它们,"斯塔克说。"在地下找不到金属铁,只能找到氧化铁,因为氧化铁是稳定的。让我们来探索某些东西为什么是稳定的,或者它是否具有其他有用的特性,并利用这些知识来制造出更好的东西。"编译来源:ScitechDaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1404055.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1404055.htm

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剑桥研究人员发明可直接吸收空气中二氧化碳的新材料

剑桥研究人员发明可直接吸收空气中二氧化碳的新材料与目前的碳捕集方法相比,带电木炭海绵还可能更加节能,因为它需要更低的温度来去除捕集到的二氧化碳,以便将其储存起来。该研究成果发表在《自然》杂志上。领导这项研究的优素福-哈米德化学系亚历山大-福斯博士说:"从大气中捕捉碳排放是最后的手段,但考虑到气候紧急情况的规模,这是我们需要研究的问题。我们必须做的第一件也是最紧迫的事情是在全球范围内减少碳排放,但温室气体清除也被认为是实现净零排放和限制气候变化最坏影响所必需的。实事求是地说,我们必须竭尽全力"。直接空气捕集是一种潜在的碳捕集方法,它使用海绵状材料从大气中去除二氧化碳,但目前的方法成本高昂,需要高温和使用天然气,而且缺乏稳定性。福斯说:"在使用多孔材料从大气中捕集碳方面,已经开展了一些很有前景的工作。"我们想看看活性炭是否可以作为一种选择,因为它便宜、稳定,而且可以大规模制造。"活性炭被广泛应用于净水器等净化领域,但它通常无法捕捉和保持空气中的二氧化碳。福斯和他的同事提出,如果活性炭可以像电池一样充电,那么它就可以成为一种合适的碳捕获材料。给电池充电时,带电离子会进入电池的一个电极。研究人员假设,用氢氧化物这种化合物给活性炭充电,可以使其适用于碳捕获,因为氢氧化物会与二氧化碳形成可逆键。研究小组利用一种类似电池的充电过程,为一种廉价的活性炭布充入氢氧根离子。在这个过程中,炭布就像电池中的电极,氢氧根离子在炭的微孔中积聚。充电过程结束后,将木炭从"电池"中取出,清洗并烘干。对带电木炭海绵的测试表明,由于氢氧化物的结合机制,它可以成功地直接从空气中捕获二氧化碳。"这是一种利用类似电池的工艺制造材料的新方法,"福斯说。"二氧化碳捕获率已经与现有材料相当。但更有希望的是,这种方法的能源密集度要低得多,因为我们不需要高温来收集二氧化碳和再生木炭海绵。"为了从木炭中收集二氧化碳,使其得到净化和储存,需要对材料进行加热,以逆转氢氧化物-二氧化碳键。目前用于从空气中捕捉二氧化碳的大多数材料都需要加热到高达900°C的温度,通常需要使用天然气。然而,剑桥大学团队开发的带电木炭海绵只需要加热到90-100°C的温度,使用可再生电力即可达到这一温度。这种材料是通过电阻加热进行加热的,基本上是由内向外加热,因此过程更快,能耗更低。不过,这种材料也有局限性,研究人员目前正在努力解决这一问题。福斯说:"我们正在努力提高二氧化碳的捕获量,尤其是在潮湿的条件下,因为在潮湿的条件下,我们的性能会下降。"研究人员说,他们的方法可以用于碳捕获以外的领域,因为木炭中的孔隙和插入其中的离子可以进行微调,以捕获一系列分子。福斯说:"这种方法是我们在COVID-19大流行期间提出的一个疯狂想法,所以当这些想法真正奏效时,总是令人兴奋的。这打开了一扇门,可以用简单、节能的方式为不同应用制造各种材料。"编译来源:ScitechDailyDOI:10.1038/s41586-024-07449-2...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434094.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1434094.htm

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研究人员找到捕获未来潜在清洁能源的分子级解决方案

研究人员找到捕获未来潜在清洁能源的分子级解决方案宾夕法尼亚州立大学化学工程与化学教授伯特-钱德勒(BertChandler)表示,这种奇异现象在1964年首次被描述,最近作为一种利用氢气生产清洁能源的潜在途径,它赢得了更多关注。这在很大程度上是因为,虽然研究人员近60年来一直能够识别氢溢出现象,但直到现在,还没有人能够对其进行量化并描述支撑这一现象的机制。钱德勒说,宾夕法尼亚州立大学领导的一个研究小组凭借一些运气和大量工作,发现了氢溢出现象发生的方式和原因,并首次对这一过程进行了定量测量。他们在《自然-催化》(NatureCatalysis)杂志上发表了他们的研究成果。钱德勒说,这项工作为更好地理解和开发氢的活化和储存提供了机会。传统的氢气储存需要大量的能量才能使氢气保持足够的冷却以保持液态。然而,研究团队利用他们独特的金-钛系统证明,他们可以在需要较少能量的较高温度下,有效、高效、可逆地将氢分子分解为氢原子--这是诱导氢溢出所需的过程。该论文的通讯作者钱德勒说:"我们现在能够解释氢溢出是如何工作的,为什么它能工作,以及是什么驱动了它。而且,我们第一次能够测量它--这是关键所在。一旦量化了它,你就能看到它是如何变化的,找出控制它的方法,并找出如何将它应用到新问题上。"该示意图说明了类氢原子如何溢出金属并吸附到氧化钛上。资料来源:BertChandler/宾夕法尼亚州立大学提供在氢溢出系统中,氢气发生反应分裂成氢原子等价物--一个质子和一个电子,但其排列方式与典型的排列方式略有不同。在这个系统中,质子附着在材料表面,而电子则进入半导体氧化物的近表面导带。钱德勒说,研究人员希望学会用它们来测试更先进的化学应用,比如将原子转化为清洁燃料和储氢。钱德勒说:"半导体这一块很重要,因为氢原子等价物的质子在表面,电子在次表面--它们仍然靠近在一起,但被导电表面隔开了,"他解释说,这种小的分离避免了电荷分离通常需要的巨大能量损失。"对于几乎所有的吸附系统来说,你必须有有利的热吸附才能克服通过吸附将气体分子吸入固体所需的能量损失。这在熵上是不利的。"熵代表了推动一个过程所需的不可用热能。换句话说,熵是能量向子态的分散,就像冰融化成水时,无法获得保持分子固态的能量一样。钱德勒说,能量需要平衡,而在这些系统中,测量熵对平衡的贡献几乎是不可能的。氢溢出是1964年在铂-钨-氧化物系统中首次发现的,此后在不同的系统中也观察到了氢溢出。钱德勒解释说,直到最近,研究人员还认为氢原子等价物与纳米粒子层结合牢固,需要更多的热能来打破这些结合,产生更多的溢出。然而,大多数氢溢出促进系统都很混乱,因为溢出物与纳米粒子和半导体氧化物基底的键合强度可能会出现变化。钱德勒将这种现象称为"模糊吸附",描述了这种模糊的粘性结合,它掩盖了真正的吸附,并掩盖了驱动溢出的因素:热能或熵。钱德勒说:"我们想出了在另一个系统中测量溢出吸附的方法:氧化钛上的金。金几乎不需要热能就能启动与氢的反应,而且它只在与氧化钛基质的界面上激活反应。这意味着氢不会吸附在金上,因此我们可以量化产生的所有溢出物,因为它们都流向了基底,而不会在金上留下任何咝咝声。"没有了"咝咝声",研究人员意识到吸附力很弱,这"与大家的认知背道而驰"。在没有热能这个重要变量的情况下,研究人员确定只有熵能驱动原子从金转移到基底上。以前的研究人员可以准确测量吸附量,因为氧化物上的弱吸附掩盖了金属的溢出量。研究人员没有发明新的化学方法,只是收集了数据。足足花了六年时间进行测量和重新测量,从而填补了认识上的这个空白:熵驱动氢溢出。研究人员说,他们现在正计划研究有助于更好地储存氢气的材料类型。钱德勒认为,这项工作是向清洁能源开发迈出的一步,也是科学过程如何发挥作用的一个突出例子。钱德勒说:"科学是一个自我修正的过程--如果你发现了一些不合理的地方,你就会努力把它搞清楚。我们很早就知道溢出效应,但没有人找到合适的系统来量化和理解它。我们收集了数据,并找出了解释这一现象的方法。事实证明,我们使用的能量平衡并不总是显而易见的,熵可以驱动我们意想不到的事情。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381159.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1381159.htm

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