新催化剂可将废物转化为有价值的环保产品

新催化剂可将废物转化为有价值的环保产品这种新的催化剂旨在向脂肪族碳氢化合物添加官能团，脂肪族碳氢化合物是仅由氢和碳组成的有机化合物。这些碳氢化合物通常不与水混合，由于缺乏官能团而形成独立的层。通过在这些碳氢化合物链中加入官能团，可以大大改变材料的特性，使其更容易回收。"天然气中的甲烷是最简单的碳氢化合物，只有碳-氢（CH）键。油和聚合物有碳原子链，由碳-碳（CC）键连接，"Sadow解释说。脂肪族碳氢化合物构成了大量的石油和精炼石油产品，如塑料和机油。这些材料"没有其他功能团，这意味着它们不容易被生物降解，"Sadow说。"因此，长期以来，催化领域的一个目标是能够将这些种类的材料，添加其他原子，如氧气，或从这些简单的化学品中建立新的结构。"不幸的是，向碳氢化合物链添加原子的传统方法需要大量的能量投入。首先，石油被加热和加压"裂解"成小的构建块。接下来，这些构件被用来生长链。最后，在链的末端添加所需的原子。在这种新方法中，现有的脂肪族碳氢化合物无需裂解，在低温下就能直接转化。Sadow的团队之前使用一种催化剂来打破这些碳氢化合物链中的CC键，同时将铝连接到较小的链的末端。接下来，他们插入了氧或其他原子以引入功能团。为了开发一个互补的过程，该团队找到了一种避免CC键断裂步骤的方法。根据起始材料的链长和产品的理想特性，研究人员想缩短链或简单地添加氧功能团。如果能避免CC裂解，原则上可以只把链从催化剂转移到铝上，然后加入空气来安装官能团。Sadow解释说，这种催化剂是通过将一种市售的锆化合物附着在市售的二氧化硅-氧化铝上合成的。这些物质都是地球上丰富的、廉价的，这对未来潜在的商业应用是有利的。此外，催化剂和反应物在可持续性和成本方面也很有优势。铝是地球上最丰富的金属，所使用的铝反应物的合成不会产生废弃的副产品。基于氧化锆的催化剂前体在空气中是稳定的，容易获得，并在反应器中被激活。因此，与很多对空气极其敏感的早期有机金属化学不同，这种催化剂前体很容易处理。这种化学反应是朝着能够影响各种塑料的物理特性的方向迈出的一步，例如使它们更坚固和更容易着色Sadow把这个项目的成功归功于iCOUP的合作性质。埃姆斯国家实验室的佩拉斯小组利用核磁共振（NMR）光谱学研究了催化剂结构。康奈尔大学和阿贡国家实验室的Coates、LaPointe和Delferro小组研究了聚合物结构和物理特性。伊利诺伊大学的Peters小组对聚合物功能化进行了统计建模。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350043.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350043.htm

科学家找到柯伊伯带天体显现出彩色的原因

科学家找到柯伊伯带天体显现出彩色的原因由夏威夷大学马诺亚分校化学系的研究人员领导的一项新研究复制了柯伊伯带的环境，发现是什么导致了柯伊伯带物体富含碳氢化合物表面的颜色阵列，为天体物理学中一个长期存在的问题提供了一个解决方案。这项研究最近发表在《科学进展》杂志上。由RalfI.Kaiser教授领导的研究小组在马诺亚大学进行了这项尖端研究。他们使用超高真空辐照实验，并进行了全面的分析，以研究在类似柯伊伯带的条件下，银河系宇宙射线加工碳氢化合物，如甲烷和乙炔，在分子水平上的颜色演变及其来源。芳香族（具有融合的苯环的有机分子）结构单元携带多达三个环，例如在化合物菲、亚苯和苊中，彼此之间通过缺氢桥连接，被发现在产生红色方面起着关键作用。华盛顿大学的实验证明了银河系宇宙射线处理碳氢化合物的分子复杂程度，并深入了解了暴露在辐射下的冰块在生物前体分子的早期生产中所起的作用，这种分子参与了产生另一种分子的化学反应。"这项研究是系统地解开负责柯伊伯带天体富含碳氢化合物表面的分子单元载体的关键第一步，"Kaiser说。"由于天文探测也在柯伊伯带天体的表面检测到了如氨、水和甲醇之类的物质，因此对这些冰的宇宙射线处理的进一步实验有望揭示柯伊伯带天体在分子水平上的真正颜色多样性的性质。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365431.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1365431.htm

韦伯太空望远镜透视原行星盘 发现其中存在大量碳氢化合物

韦伯太空望远镜透视原行星盘发现其中存在大量碳氢化合物一颗低质量恒星周围的原行星盘的艺术印象。它描述了在ISO-ChaI147周围的盘中探测到的部分碳氢化合物分子（甲烷，CH4；乙烷，C2H6；乙烯，C2H2；二乙炔，C4H2；丙炔，C3H4；苯，C6H6）。资料来源：ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/MPIAVLMS周围行星形成的效率行星是在围绕年轻恒星运行的气体和尘埃盘中形成的。观测结果表明，在超低质量恒星（VLMSs）--质量小于0.3太阳质量的恒星--周围，形成陆地行星比形成气态巨行星更有效率。虽然以前对质量较大的恒星周围内盘区域的化学成分进行过研究，但对极低质量恒星周围内盘区域的研究却很少。韦伯中红外仪器（MIRI）显示的光谱是迄今为止在原行星盘中看到的最丰富的碳氢化合物化学成分，包括13种含碳分子，最高可达苯。其中包括首次在太阳系外探测到的乙烷（C2H6），这是太阳系外探测到的最大的完全饱和碳氢化合物。由于全饱和碳氢化合物预计是由更基本的分子形成的，在这里探测到它们为研究人员提供了有关化学环境的线索。研究小组还首次在原行星盘中成功探测到乙烯（C2H4）、丙炔（C3H4）和甲基自由基CH3。该图突出显示了乙烷（C2H6）、甲烷（CH4）、丙炔（C3H4）、氰乙炔（HC3N）和甲基自由基CH3的探测结果。资料来源：NASA、ESA、CSA、R.Crawford（STScI）AdityaArabhavi及其同事利用JWST的中红外光谱仪研究了ISO-ChaI147周围行星形成盘的化学成分，ISO-ChaI147是变色龙一号恒星形成区中一颗年轻的、太阳质量为0.11的恒星。研究人员发现，这颗恒星周围的内盘区域具有丰富的碳化学成分，包括乙烷和苯在内的13种含碳分子。碳氢化合物分子的丰富程度与所观测到的含氧分子的缺乏形成了鲜明对比，这表明该区域的碳氧比值大于1。据研究小组称，这种高碳/氧比率表明磁盘内物质的径向迁移，很可能会影响在磁盘内形成的任何行星的主体成分。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435452.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435452.htm

再现“天王星之雨”：X射线激光器可将塑料转化为钻石

再现“天王星之雨”：X射线激光器可将塑料转化为钻石科学家们已经把塑料变成了钻石。该团队使用高功率激光器，对PET样品（塑料瓶中使用的常见材料）进行扫描，以产生强烈的热量和压力，形成微小的钻石，这些钻石被认为与天王星和海王星等行星上自然降下的形成原理相同。在地球上，钻石因其稀有性而受到珍视（即使这种情况可能正在改变），但在其他星球上，它们可能看起来像岩石一样常见。在天王星和海王星这样的冰巨行星上，人们认为极端的压力会压缩氢和碳等元素，形成固体钻石，然后像雨一样通过大气层落下。这种现象还没有被直接探测到，但在2017年，一个科学家团队报告说，他们在实验室里重新创造了这个过程。他们是通过向碳氢化合物材料的样品发射世界上最强大的X射线激光器--利纳克相干光源（LCLS）来实现的。这需要快速将它们加热到高达6000℃（10800°F）的温度，并产生几百万个大气压的强大冲击波，形成微小的"纳米钻石"。尽管实验表明这在技术上是可行的，但该团队表示，最初的碳氢化合物材料如聚苯乙烯并没有准确模拟这些寒冷行星内部存在的元素，氧气也是大量存在的，因此研究人员调查了其他可以将这一关键元素引入混合的材料。研究人员最终选择了PET，一种常用于食品和饮料包装的塑料，因其在碳、氢和氧之间有一个良好的平衡。研究小组重复了这一实验，用LCLS对PET薄膜样品进行扫描，然后使用两种不同的成像技术，一方面检查纳米钻石是否形成，而且还可以检查它们增长的速度和规模。最终，他们检测到的钻石密度达每立方厘米3.87克。该研究的作者DominikKraus说："氧气的作用是加速碳和氢的分裂，从而鼓励纳米钻石的形成。这意味着碳原子可以更容易地结合并形成钻石。"这项研究不仅为冰巨行星上的钻石雨假说提供了现实依据，而且研究小组表示，它还展示了这些微小钻石的一种新的潜在制造技术，这些钻石可用于工业磨料、抛光剂，也许有一天还可用于高灵敏度的量子传感器。这项研究发表在《科学进展》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1312459.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1312459.htm

世界上速度最快的相机每秒可拍摄156.3万亿帧图像

世界上速度最快的相机每秒可拍摄156.3万亿帧图像世界上最快的相机SCARF的图解。啁啾脉冲光捕捉到一个超快事件--苹果被子弹击穿--然后进入系统处理成图像最好的手机慢动作摄像机通常使用几百帧/秒的速度。专业的电影摄像机可能会使用几千帧，以达到更流畅的效果。但如果你想看到纳米尺度上发生的事情，就需要把速度降下来，达到每秒数十亿甚至数万亿帧。据报道，这台新相机可以捕捉以飞秒为单位的事件--四万亿分之一秒。作为参考，1秒钟内发生的事件与3200万年中的秒数相当。研究人员以他们早在2014年就开发的技术为基础，该技术被称为压缩超快摄影（CUP），可以捕捉现在看来微不足道的1000亿帧/秒。下一阶段被称为T-CUP，T代表"每秒万亿帧"--它确实能达到每秒10万亿帧的速度。到了2020年，该团队又将其提升到70万亿帧/秒，并推出了一个名为压缩超快光谱摄影（CUSP）的版本。现在，研究人员又将其提高了一倍多，达到了令人难以置信的每秒156.3万亿帧。新的照相机系统被称为"扫频编码孔径实时飞秒照相术"（SCARF），它可以捕捉发生得太快的事件，即使是以前版本的技术也无法看到。这包括像冲击波穿过物质或活细胞这样的情况。SCARF的工作原理是首先发射一个"啁啾"超短脉冲激光，穿过被成像的事件或物体。如果把这种光想象成彩虹，那么红色波长的光将首先捕捉到事件，然后是橙色、黄色，最后是紫色。由于事件发生得太快，当每种"颜色"到达时，看起来都不一样，这样脉冲就能在极短的时间内捕捉到整个事件的变化。然后，这个光脉冲经过一系列组件的聚焦、反射、衍射和编码，最后到达电荷耦合器件（CCD）相机的传感器。然后转换成数据，再由计算机重构成最终图像。虽然我们普通人不太可能观看SCARF系统捕捉到的气球爆炸的高速视频，但研究人员表示，捕捉新的超快现象有助于改进物理学、生物学、化学、材料科学和工程学等领域。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425119.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425119.htm

研究人员利用分子工程提高有机太阳能电池效率

研究人员利用分子工程提高有机太阳能电池效率聚合物太阳能电池以重量轻、灵活性强而著称，是可穿戴设备的理想选择。然而，生产过程中所需的有毒卤化溶剂却阻碍了它们的广泛应用。这些溶剂带来了环境和健康风险，限制了这些太阳能电池的吸引力。遗憾的是，毒性较低的替代溶剂缺乏相同的溶解性，因此需要更高的温度和更长的加工时间。这种低效率进一步阻碍了聚合物太阳能电池的应用。开发出一种无需使用卤化溶剂的方法，可以显著提高有机太阳能电池的效率，使其更适用于可穿戴技术。在最近发表的一篇论文中，研究人员概述了如何利用侧链工程改善聚合物供体和小分子受体之间的分子相互作用，从而减少对卤化加工溶剂的需求。论文最近发表在《纳米研究能源》（NanoResearchEnergy）上。"聚合物供体和小分子受体的混合形态受其分子相互作用的影响很大，而分子相互作用可由供体和受体材料之间的界面能决定。当它们的表面张力值相似时，供体和受体之间的界面能和分子相互作用预计会更有利，"韩国庆尚国立大学教授Yun-HiKim说。"为了增强聚合物供体的亲水性并减少分子脱杂，侧链工程可能是一条可行的途径。"侧链工程的作用侧链工程是指在分子的主链上添加一个称为侧链的化学基团。侧链中的化学基团会影响大分子的性质。研究人员推测，添加基于低聚乙二醇（OEG）的侧链将提高聚合物供体的亲水性，这要归功于侧链中的氧原子。具有亲水性的分子会被水吸引。聚合物太阳能电池的整体性能和聚合物太阳能电池中亲水侧链分子的热稳定性示意图根据整体性能和热稳定性，在制造PSC时，碳氢化合物和亲水性低聚乙二醇(2EG)的混合物比标准溶剂的性能更好。资料来源：清华大学出版社《纳米研究能源》聚合物供体和小分子受体亲水性的不同会影响它们的相互作用。随着聚合物供体亲水性的增加以及它们与小分子受体之间相互作用的改善，可以使用非卤化加工溶剂，而不会影响太阳能电池的性能。事实上，用OEG侧链连接苯并二噻吩聚合物供体制成的聚合物太阳能电池的功率转换效率为17.7%，高于15.6%。提高效率和稳定性为了比较结果，研究人员设计了带有OEG侧链、碳氢化合物侧链或50%碳氢化合物侧链和50%OEG侧链的苯并二噻吩基聚合物供体。Kim说："这阐明了侧链工程对非卤化溶剂加工聚合物太阳能电池的混合形态和性能的影响。我们的研究结果表明，具有亲水性OEG侧链的聚合物可以提高与小分子受体的混溶性，并在非卤化加工过程中提高聚合物太阳能电池的功率转换效率和器件稳定性。"除了提高功率转换效率外，带有OEG侧链的聚合物太阳能电池还具有更高的热稳定性。热稳定性对于聚合物太阳能电池的规模化至关重要，因此研究人员将其加热到120摄氏度，然后比较功率转换效率。加热120小时后，带有碳氢化合物侧链的聚合物的功率转换效率仅为最初的60%，而且表面出现了不规则现象，而碳氢化合物和OEG的混合物则保持了最初功率转换效率的84%。Kim说："我们的研究结果可以为设计聚合物供体提供有用的指导，从而利用非卤化溶剂加工生产出高效稳定的聚合物太阳能电池。"参考文献：SoodeokSeo、Jun-YoungPark、JinSuPark、SeungjinLee、Do-YeongChoi、Yun-HiKim和BumjoonJ.Kim于2023年7月24日发表在《纳米研究能源》上的论文："亲水侧链聚合物供体可通过非卤化溶剂处理实现高效、热稳定的聚合物太阳能电池"。doi:10.26599/nre.2023.9120088编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403357.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403357.htm