环保新突破：单原子催化剂将二氧化碳转化为乙醇

环保新突破：单原子催化剂将二氧化碳转化为乙醇串联单原子电催化剂实现二氧化碳还原成乙醇。资料来源：DICP二氧化碳还原的挑战Cn（n≥2）液体产品因其高能量密度和易于储存而备受青睐。然而，由于对机理的理解有限，C-C偶联途径的操作仍是一项挑战。最近，由张涛教授和黄延强教授领导的研究小组在美国加利福尼亚大学洛杉矶分校进行了一项突破性研究。中国科学院大连化学物理研究所的张涛和黄延强教授领导的研究小组开发了一种锡基串联电催化剂（SnS2@Sn1-O3G），在-0.9VRHE和17.8mA/cm2的几何电流密度条件下，该催化剂可重复生成乙醇，法拉第效率高达82.5%。这项研究最近发表在科学杂志《自然-能源》上。研究人员通过在三维碳泡沫上进行SnBr2和硫脲的溶热反应，制造出SnS2@Sn1-O3G。这种电催化剂由SnS2纳米片和原子分散的Sn原子（Sn1-O3G）组成。机理研究表明，这种Sn1-O3G可分别吸附*CHO和*CO(OH)中间体，从而通过一种前所未有的甲酰基-碳酸氢盐偶联途径促进C-C键的形成。此外，通过使用同位素标记的反应物，研究人员追踪了在Sn1-O3G催化剂上形成的最终C2产物中C原子的形成路径。分析表明，产物中的甲基C来自甲酸，而亚甲基C来自二氧化碳。黄教授说："我们的研究为乙醇合成中C-C键的形成提供了一个替代平台，并为操纵二氧化碳还原途径以获得所需的产品提供了一种策略。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398721.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398721.htm

催化剂将氢电解器中的铱用量减少了95%

催化剂将氢电解器中的铱用量减少了95%访问：Saily-使用eSIM实现手机全球数据漫游安全可靠源自NordVPN日本理化学研究所可持续资源科学中心（CSRS）的中村隆平（RyuheiNakamura）领导的研究人员在今天（5月9日）发表在《科学》杂志上的一项研究中报告了一种新方法，该方法将反应所需的铱量减少了95%，而且不会改变氢的生产率。这一突破将彻底改变我们生产生态友好型氢气的能力，并有助于实现碳中和的氢经济。合成氧化铱的扫描电子显微镜图像（D）和分散在电沉积在耐腐蚀铂涂层钛网上的氧化锰上的铱（亮点）的扫描透射电子显微镜图像（E、F、G）。资料来源：理化学研究所制氢挑战世界上70%的面积被水覆盖，氢气是真正的可再生能源。然而，从水中提取氢气的规模还无法与化石燃料能源生产相媲美。目前，全球能源产量接近18兆瓦，这意味着在任何特定时刻，全球平均生产约18万亿瓦特的电力。替代性绿色能源生产方式要想取代化石燃料，就必须能够达到相同的能源生产率。从水中提取氢气的绿色方法是一种需要催化剂的电化学反应。这种反应的最佳催化剂--产氢率最高、最稳定的催化剂--是稀有金属，其中铱是最好的催化剂。但铱的稀缺是个大问题。共同第一作者孔爽说："铱是如此稀有，以至于将全球氢气生产规模扩大到太瓦级估计需要40年的铱。"催化剂开发的创新理化学研究所CSRS的生物功能催化剂研究小组正试图绕过铱的瓶颈，寻找其他方法来长时间高速生产氢气。从长远来看，他们希望开发出基于普通土金属的新型催化剂，这种催化剂将具有高度的可持续性。事实上，该团队最近使用一种氧化锰作为催化剂，成功地将绿色制氢稳定在一个相对较高的水平。不过，以这种方式实现工业水平的生产还需要数年时间。中村隆平说："我们需要一种方法来弥合稀有金属电解槽与普通金属电解槽之间的差距，这样我们就能在多年内逐步过渡到完全可持续的绿色氢气。"目前的研究正是通过将锰与铱相结合来实现这一目标。研究人员发现，当他们把铱原子分散在一块氧化锰上，使它们不会相互接触或凝结在一起时，质子交换膜（PEM）电解槽中的氢气产生速度与单独使用铱时相同，但铱含量减少了95%。潜力和未来方向使用这种新型催化剂，可以连续生产氢气超过3000小时（约4个月），效率高达82%，且无降解。合著者李爱龙说："氧化锰和铱之间意想不到的相互作用是我们取得成功的关键。这是因为这种相互作用产生的铱处于罕见的高活性+6氧化态"。中村隆平认为，新催化剂达到的制氢水平极有可能立即派上用场。他说："我们希望我们的催化剂能够很容易地转移到现实世界的应用中，这将立即提高目前PEM电解器的容量。"研究小组已经开始与工业界的合作伙伴合作，他们已经能够改进最初的铱锰催化剂。今后，理化学研究所CSRS研究人员计划继续研究铱和氧化锰之间的特定化学作用，希望能进一步减少必要的铱含量。同时，他们将继续与工业合作伙伴合作，并计划在不久的将来在工业规模上部署和测试这种新型催化剂。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430304.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430304.htm

化学合成可持续催化剂迎来突破 可减少对稀有金属的依赖

化学合成可持续催化剂迎来突破可减少对稀有金属的依赖研究人员开创了一种更高效、更环保的化学合成方法，有望显著提高可持续性。这项创新技术涉及将孤立的原子分散在氮化碳载体上，形成一种在酯化反应中更活跃的催化剂，这对于生产药品、食品添加剂和聚合物等产品至关重要。该催化剂减少了对稀有金属的依赖，并且可以通过阳光激活，从而抑制能源消耗。图片来源：米兰理工大学米兰理工大学的一项新发现开辟了可持续化学合成领域的新视角，推广创新解决方案，使化学品能够以更高效、更环保的方式生产。该研究发表在著名的《自然综合》杂志上。利用将孤立原子分散在氮化碳载体上的创新技术，该团队开发了一种在酯化反应中更具活性和选择性的催化剂。这是一个重要的反应，其中羧酸和溴化物结合形成用于制造药物、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它减少了稀有金属的使用，这是节约关键资源和使工艺更具可持续性的重要一步。此外，该催化剂可以通过阳光激活，从而无需采用能源密集型方法。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的潜力。化学工程副教授GianvitoVilé教授协调了该项目，而米兰理工大学MarieSkłodowska-Curie博士后研究员MarkBajada是该项目的第一论文作者。该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，并由欧盟委员会通过MarieSkłodowska-Curie博士后奖学金和最近授予米兰理工大学(SusPharma)的HorizonEurope项目资助）。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369831.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369831.htm

酝酿数十年：新催化剂将可使氢气燃料电池变得经济实惠

酝酿数十年：新催化剂将可使氢气燃料电池变得经济实惠几十年来，生态友好燃料的商业化一直因铂金的高成本而停滞不前，但一项研究表明，低成本的催化剂可能是一种可行的替代品。多年来，研究人员一直在寻找一种能大大降低生产氢气燃料电池价格的催化剂。这样的突破可以带来一场绿色能源革命，笔记本电脑和火车都可以使用只产生水作为副产品的燃料。资料图根据水牛城大学(UB)最近的研究结果，研究人员可能越来越接近于实现这一目标。目前，美国能源部(DOE)已经将效率、耐久性和可负担性确定为燃料电池研究的三个主要目标。在最近发表在《NatureEnergy》上的一项研究中，科学家们解释了铁是如何跟氮和碳结合在一以产生一种满足所有三个标准的催化剂。该研究的论文第一作者、UB工程和应用科学学院化学和生物工程教授GangWu说道：“这已经酝酿了多年。我们相信这是一个重大的突破，进而最终将有助于释放氢燃料电池的巨大潜力。”燃料电池的前景根据美DOE的说法，燃料电池的操作跟电池类似但不会失去动力或需要充电。只要提供燃料如氢气，它们就会产生热量和动力。由于它们跟内燃机相比产生较少或没有排放，所以它们长期以来一直吸引着科学家、环保主义者和其他人。此外，它们还有广泛的用途，包括为建筑物、发电厂、汽车和其他系统供电。然而燃料电池缺乏广泛的商业化，除其他外，是由于加速关键燃料电池过程所需的昂贵催化剂的高成本。一组被称为铂族金属的六种贵金属已被证明是最有效的催化剂。虽然这些金属是高效和持久的，但由于其稀缺性，它们的成本非常高。因此，研究人员正在寻找成本更低的选择。克服障碍铁基催化剂就是这样一种选择。铁非常有吸引力，因为它很丰且价格低廉。但它的性能不如铂金，特别是因为它缺乏耐久性从而无法承受燃料电池内的高度腐蚀性和氧化性环境。为了克服这一障碍，研究小组将四个氮原子跟铁结合起来。研究人员随后将该材料嵌入几层石墨烯中以对局部几何和化学结构进行精确的原子控制。由此产生的结构是一个大大改善的催化剂。按照研究小组的说法，这种催化剂被认为是迄今为止生产的最有效的铁基催化剂--超美国能源部2025年的电流密度目标；另外，它还实现了接近铂族催化剂的耐久性等级。Wu表示，所有这些都表明，铁基催化剂有可能使燃料电池，尤其是氢燃料电池，在商业用途上更加实惠。现在，研究人员正在计划进行后续研究以进一步改进该催化剂。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1301589.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1301589.htm

廉价高效的新型催化剂可改变可再生能源的储存方式

廉价高效的新型催化剂可改变可再生能源的储存方式由香港城市大学开发、伦敦帝国理工学院测试的一种利用单个铂原子的新型催化剂，有望更方便、更经济地利用可再生能源储存氢气。这项创新将铂原子分散在硫化钼上，减少了铂的用量，提高了电解效率。共同作者、帝国理工学院化学系的AnthonyKucernak教授说："《英国氢战略》提出了到2030年低碳氢生产能力达到10GW的宏伟目标。为了实现这一目标，我们需要提高廉价、易于生产和高效储氢的产量。新型电催化剂可以为此做出重大贡献，最终帮助英国实现到2050年净零排放的目标。"风能和太阳能等可再生能源发电量正在迅速增长。然而，所产生的部分能源需要储存起来，以便在天气条件不利于风能和太阳能时使用。一个很有前景的方法就是以氢气的形式储存能源，氢气可以储存和运输，以供日后使用。新型催化剂材料资料来源：香港城市大学为此，可再生能源被用来将水分子分裂成氢和氧，能量储存在氢原子中。这需要使用铂催化剂来刺激水分子的分裂反应，也就是所谓的电解。然而，虽然铂是这种反应的极佳催化剂，但它既昂贵又稀有，因此尽量减少铂的使用对于降低系统成本和限制铂的提取非常重要。现在，在最近发表于《自然》（Nature）的一项研究中，研究小组设计并测试了一种催化剂，这种催化剂使用尽可能少的铂，从而产生了一种高效但成本效益高的水分离平台。首席研究员、香港城市大学张华教授说："电催化水分裂产生的氢被认为是在不久的将来最有希望取代化石燃料的清洁能源之一，可减少环境污染和温室效应。"测试工具该团队的创新涉及在硫化钼（MoS2）薄片中分散单原子铂。这比现有催化剂使用的铂要少得多，甚至还能提高性能，因为铂与钼相互作用，提高了反应的效率。在纳米片支撑物上生长薄催化剂，使城大团队能够制造出高纯度的材料。随后，帝国理工大学的库切纳克教授实验室对这些材料进行了表征，并开发了确定催化剂如何工作的方法和模型。帝国理工大学的团队拥有进行严格测试的工具，因为他们已经开发出了几种专门用于使用这种催化剂的技术。库切纳克教授及其同事已经在这些技术的基础上成立了几家公司，其中包括专门从事氢流电池研发的RFCPower公司。使用氢气一旦可再生能源以氢的形式储存起来，要想再次将其用作电力，就需要使用燃料电池进行转换，因为燃料电池在氧分裂反应中会产生水蒸气作为副产品。最近，库切纳克教授及其同事发现了一种用于该反应的单原子催化剂，这种催化剂以铁而不是铂为基础，这也将降低这项技术的成本。库切纳克教授领导的另一家分拆公司布兰布尔能源公司（BrambleEnergy）将在其燃料电池中测试这项技术。因此，这两种单原子催化剂--一种帮助将可再生能源转化为氢储存起来，另一种帮助将这些能量在以后以电力形式释放出来--都有能力让氢经济更接近现实。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385599.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385599.htm

纳米波纹石墨烯成为强大的催化剂

纳米波纹石墨烯成为强大的催化剂科学家们发现，石墨烯中的纳米波纹使它成为一种强大的催化剂，尽管它被认为是化学惰性的。他们发表在PNAS上的研究表明，石墨烯表面的纳米级波纹可以加速氢气的分裂，就像最好的金属基催化剂一样，而且这种效应可能存在于所有二维材料中。本周发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的研究表明，表面有纳米级波纹的石墨烯可以加速氢气的分裂，就像最好的金属基催化剂一样。这种意想不到的效果可能存在于所有二维材料中，这些材料本身都是不平坦的。曼彻斯特团队与来自中国和美国的研究人员合作进行了一系列的实验，以证明石墨烯的非平坦性使其成为一种强大的催化剂。首先，利用超灵敏的气流测量和拉曼光谱，他们证明了石墨烯的纳米级波纹与它与分子氢（H2）的化学反应性有关，并且它解离成原子氢（H）的活化能相对较小。顶部有离解氢原子的波纹石墨烯。资料来源：曼彻斯特大学研究小组评估了这种反应性是否足以使该材料成为高效的催化剂。为此，研究人员使用了氢气和氘气（D2）的混合气体，发现石墨烯确实表现为一种强大的催化剂，将氢气和D2转化为HD。这与石墨和其他碳基材料在相同条件下的行为形成了鲜明的对比。气体分析显示，单层石墨烯产生的HD量与已知的氢气催化剂（如氧化锆、氧化镁和铜）大致相同，但石墨烯只需要极少量，不到后者催化剂的100倍。"我们的论文表明，独立的石墨烯与化学性质极其惰性的石墨和原子平坦的石墨烯都有很大不同。"论文第一作者孙鹏展博士说："我们还证明了与石墨烯表面的空位、边缘和其他缺陷等'通常嫌疑人'相比，纳米级的波纹对催化作用更为重要。"论文的第一作者Geim教授补充说："由于热波动和不可避免的局部机械应变，所有原子级薄的晶体都会自然发生纳米波纹，其他二维材料也可能显示出类似的增强反应性。至于石墨烯，我们当然可以期待它在其他反应中具有催化和化学活性，而不仅仅是涉及氢气的反应。""二维材料最常被认为是原子级的平板，由不可避免的纳米级波纹造成的影响至今被忽视。我们的工作表明，这些影响可能是戏剧性的，这对二维材料的使用有重要影响。例如，块状硫化钼和其他茂金属经常被用作三维催化剂。现在我们应该想一想，它们在二维形式下是否会更加活跃"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1349743.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1349743.htm