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 In Soo-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，"DGIST In 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： 手机版：

日本研究人员找到将塑料垃圾转化为化学宝藏的突破性新方法

日本研究人员找到将塑料垃圾转化为化学宝藏的突破性新方法 北海道大学的研究人员开发出了一种开创性的方法，通过利用塑料废弃物引发自由基链式反应来解毒有害化学物质，从而实现塑料废弃物的再利用。这种方法既提高了安全性和效率，又解决了塑料垃圾的环境问题，为可持续发展和具有经济吸引力的化学工艺铺平了道路。艺术想象图描绘了从塑料纤维中产生的被称为自由基的极高活性分子。图片来源：Koji Kubota 和 Hajime Ito北海道大学化学反应设计与发现研究所（WPI-ICReDD）的研究人员领导的研究小组开发出一种方法，利用普通塑料材料而不是潜在的爆炸性化合物来引发自由基链式反应。这种方法大大提高了过程的安全性，同时还提供了一种重新利用聚乙烯和聚醋酸乙烯等普通塑料的方法。这些研究成果已发表在《美国化学学会杂志》上。(上图）利用机械力引发自由基链式反应的一般方案。(下图）利用杂货袋碎片在球磨罐中引发反应。资料来源：Koji Kubota 等人，《美国化学学会杂志》。2023 年 12 月 22 日研究人员利用球磨机（一种在钢罐中快速摇动钢球以混合固体化学物质的机器）进行研究。当钢球撞击塑料时，机械力会打破化学键，形成自由基，自由基具有高活性的非键电子。这些自由基促进了自我维持的链式反应，从而促进了有机卤化物的脱卤反应，即用氢原子取代卤原子。"使用商品塑料作为化学试剂是有机合成的一个全新视角，"Koji Kubota 副教授说。"我相信，这种方法不仅能开发出安全、高效的基于自由基的反应，还能为利用废塑料这一严重的社会问题提供新的途径"。北海道大学化学反应设计与发现研究所（WPI-ICReDD）研究团队的 Koji Kubota 副教授（左）和 Hajime Ito 教授（右）。资料来源：WPI-ICReDD在球磨罐中加入普通杂货袋的塑料碎片并成功进行反应，证明了废塑料的再利用。研究小组还展示了他们的方法可用于处理工业中广泛使用的剧毒多卤化合物。他们利用聚乙烯引发自由基反应，从一种常用于阻燃剂的化合物中去除多个卤原子，从而降低了其毒性。研究人员预计，由于这种方法在成本和安全性方面的优势，它将赢得业界的关注。Hajime Ito 教授评论说："我们的新方法使用稳定、廉价和丰富的塑料材料作为自由基链式反应的引发剂，在促进开发具有工业吸引力、安全和高效的化学工艺方面具有巨大潜力。"这项研究得到了日本学术振兴会、日本科学技术振兴机构和日本文部科学省的资助。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

太阳光制甲醇：利用铜和氮化碳实现革命性的二氧化碳转化

太阳光制甲醇：利用铜和氮化碳实现革命性的二氧化碳转化 研究人员开发出一种利用铜和纳米氮化碳晶将二氧化碳高效转化为甲醇的阳光动力工艺，标志着向可持续燃料生产和减少二氧化碳迈出了重要一步。上图为测试催化剂将二氧化碳转化为甲醇的反应器。资料来源：诺丁汉大学效率和选择性的挑战在光催化过程中，光线照射到半导体材料上会激发电子，使电子穿过材料与二氧化碳和水发生反应，从而产生各种有用的产品，包括作为绿色燃料的甲醇。尽管最近取得了一些进展，但这一过程仍存在效率和选择性不足的问题。二氧化碳是导致全球变暖的最大因素。虽然可以将二氧化碳转化为有用的产品，但传统的热法依赖于化石燃料中的氢气。利用可持续的太阳能和无处不在的丰富水资源，开发基于光催化和电催化的替代方法非常重要。改进催化的纳米级控制诺丁汉大学化学学院研究员马达萨米-坦加穆图（Madasamy Thangamuthu）博士是研究小组的共同负责人："光催化使用的材料种类繁多。光催化剂吸收光并高效分离电荷载流子非常重要。在我们的方法中，我们在纳米尺度上控制材料。我们开发了一种新形式的氮化碳，它具有结晶纳米级畴，能够与光进行高效互动，并实现充分的电荷分离。光将二氧化碳转化为甲醇（燃料）的过程。资料来源：诺丁汉大学研究人员设计了一种将氮化碳加热到所需结晶度的工艺，最大限度地提高了这种材料在光催化方面的功能特性。利用磁控溅射技术，他们在无溶剂过程中沉积了原子铜，使半导体和金属原子得以亲密接触。令人惊喜的效率提升在诺丁汉大学化学学院开展实验工作的博士生塔拉-勒梅尔（Tara LeMercier）说："我们测量了光产生的电流，并以此作为判断催化剂质量的标准。即使不加铜，新型氮化碳的活性也比传统氮化碳高 44 倍。然而，出乎我们意料的是，每 1 克氮化碳中只需添加 1 毫克铜，效率就提高了四倍。最重要的是，选择性从甲烷（另一种温室气体）变成了甲醇（一种宝贵的绿色燃料）"。诺丁汉大学化学学院的 Andrei Khlobystov 教授说："二氧化碳价值化是英国实现净零排放目标的关键。确保我们用于这一重要反应的催化剂材料的可持续性至关重要。这种新型催化剂的一大优势在于它由可持续元素组成碳、氮和铜这些元素在我们的星球上都非常丰富。"本发明是深入了解二氧化碳转化过程中光催化材料的重要一步。它开辟了一条创造高选择性和可调整催化剂的途径，通过在纳米尺度上控制催化剂，可以调高所需的产物。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

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 180.9 mmol gcat-1 h-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： 手机版：

新发现的有机催化剂可替代铂而大大降低燃料电池的成本

新发现的有机催化剂可替代铂而大大降低燃料电池的成本 大气中的二氧化碳含量已达到前所未有的高度，这就更加需要清洁能源解决方案来替代化石燃料。研究人员面临的一个障碍是，目前的燃料电池技术依赖于使用昂贵的金属催化剂（如铂）来将氢气转化为能量；然而，弗吉尼亚大学艺术与科学学院和研究生院的一个研究小组发现了一种有机分子，它可以有效地替代传统的金属催化剂，而且成本更低。燃料电池使电动汽车、工业和民用发电机成为可能，也是储存风能或太阳能所需的能源，它使用铂等金属引发化学反应，将氢气等燃料分裂成质子和电子，然后利用这些质子和电子发电。到目前为止，稀有金属催化剂的有机替代品还不被认为是实用的，因为催化过程会导致它们分解成不再有用的组成部分。然而，在《美国化学学会杂志》上发表的一篇论文中，化学副教授查尔斯-马坎和迈克尔-希林斯基，以及博士生艾玛-库克和安娜-戴维斯，发现了一种由碳、氢、氮和氟组成的有机分子，它有可能成为一种实用的替代品。马坎说，这种分子不仅可以启动氧气的还原反应（这是燃料电池内部发生的反应），还可以继续与反应产物发生反应，然后恢复到原来的状态。这些分子在大多数分子降解的条件下都很稳定，而且它们能持续获得与过渡金属催化剂水平相当的活性。查尔斯-马坎（左）和迈克尔-希林斯基（右）发现了一种有机分子，它可以取代燃料电池中稀有而昂贵的金属。资料来源：弗吉尼亚大学这一发现为寻找使用可持续性更强、生产成本更低的材料的高效燃料电池迈出了重要一步，并有可能在未来五到十年内开发出下一代燃料电池。"这种分子本身可能无法应用于燃料电池，"马坎说。"这一发现表明，可以存在碳基催化材料，如果用某些化学基团对其进行修饰，就有望将其转化为氧气还原反应的催化剂。最终的目标是将这种分子如此稳定的特性整合到大块材料中，以取代铂的使用。"希林斯基的研究小组主要研究有机化学，他强调了研究小组跨学科性质的重要性。"希林斯基说："我们用作催化剂的这种分子在我的实验室已有历史，但我们一直在研究它在化学反应中的用途，这些反应是在更大的含碳分子上进行的，比如药物中的活性成分。"如果没有查理-马坎的专业知识，我不认为我们会把它与燃料电池化学联系起来"。这一发现还可能对过氧化氢的工业生产产生影响，过氧化氢是一种家用产品，也可用于造纸和废水处理。"制造过氧化氢的过程对环境不友好，而且非常耗能，"马坎说。"它需要对甲烷进行高温蒸汽重整，以释放出用于生成过氧化氢的氢气。"他的团队的研究成果还可以改进该工艺的催化部分，从而对工业和环境以及水处理技术产生积极影响。希林斯基还指出，这一发现以及由此引发的合作所产生的影响可能远远超出能量储存的范围。"从大的方面来说，这项研究最令人兴奋的一点是，通过使催化剂电气化，我们改变了催化剂的反应方式。这是意料之外的事情，也可能对药物合成有用，我的研究小组正急于探索这一点。"马坎的研究小组主要从事分子电化学研究，他还将这一发现归功于研究小组的跨学科性质。"如果没有小组在制造能够进行必要反应的稳定有机分子方面的专有技术，这项工作就不可能完成。这种独特的有机分子使我们能够做到通常只有过渡金属才能做到的事情，"马坎说。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科研人员创建维生素酯高效制备新方法

科研人员创建维生素酯高效制备新方法 据中国农业科学院油料作物研究所消息，其油料品质与加工利用创新团队通过创建超声强化界面酶催化技术，实现了棕榈酸酯、油酸酯、亚油酸酯和亚麻酸酯等 4 种维生素 A 酯的高效酶法制备。相关研究成果日前发表在国际学术期刊《超声波声化学》上。研究团队针对上述技术瓶颈，创建了超声强化界面酶催化技术，通过双功能载体固定化有效提高了酶催化活性和稳定性，结合超声波物理场强化，使油水两相接触面积提升 17.5 倍，反应 30 分钟转化率即可达 95% 以上，为维生素 A 酯类衍生物绿色制备和高值化利用开辟了新途径。（新华社）