斯坦福大学推出改变游戏规则的电网储能液体燃料技术

斯坦福大学推出改变游戏规则的电网储能液体燃料技术斯坦福大学的科学家们正在开发新的异丙醇生产催化系统，以优化能量的保持和释放，从而改进液体燃料的储存方法。随着加州向可再生燃料的快速转型，它需要能够为电网储存电力的新技术。太阳能发电量在夜间和冬季都会下降。风能则时好时坏。因此，该州在很大程度上依赖天然气来平抑可再生能源电力的高低起伏。人文与科学学院罗伯特-埃克斯-斯温（RobertEcklesSwain）化学教授罗伯特-韦茅斯（RobertWaymouth）说："电网使用能源的速度与你产生能源的速度相同，如果你当时没有使用它，而你又无法储存它，就必须把它扔掉。"韦茅斯正带领斯坦福大学的一个团队探索一种新兴的可再生能源储存技术：液态有机氢载体（LOHCs）。氢气已被用作燃料或发电手段，但氢气的储存和运输却非常棘手。"我们正在开发一种在液体燃料中选择性转换和长期储存电能的新策略，"《美国化学学会杂志》上详细介绍这项工作的研究报告的资深作者韦茅斯说。"我们还发现了一种新型的选择性催化系统，可以在不产生气态氢的情况下将电能储存在液体燃料中"。液体电池用于为电网储存电力的电池，以及智能手机和电动汽车电池都使用锂离子技术。由于储能规模巨大，研究人员仍在继续寻找能够补充这些技术的系统。这些候选物质中包括低浓度氢氧化物，它可以利用催化剂和高温储存和释放氢气。有朝一日，LOHC可以广泛发挥"液体电池"的功能，储存能量并在需要时高效地将其作为可用燃料或电力返回。韦茅斯团队研究将异丙醇和丙酮作为氢能储存和释放系统的成分。异丙醇（或称擦拭用酒精）是一种高密度液态氢，可以通过现有基础设施储存或运输，直到将其用作燃料电池的燃料，或在不排放二氧化碳的情况下释放氢气以供使用。然而，用电生产异丙醇的方法效率很低。水的两个质子和两个电子可以转化为氢气，然后催化剂可以用氢气生产异丙醇。韦茅斯说："但在这个过程中，你并不想要氢气。它的单位体积能量密度很低。我们需要一种方法，在不产生氢气的情况下，直接用质子和电子制造异丙醇。"这项研究的第一作者丹尼尔-马龙（DanielMarron）最近刚刚完成了斯坦福大学的化学博士学位，他确定了如何解决这个问题。他开发了一种催化剂系统，可将两个质子和两个电子与丙酮结合，从而选择性地生成LOHC异丙醇，而不会产生氢气。他使用铱作为催化剂实现了这一目的。一个关键的惊喜是，二茂钴是一种神奇的添加剂。二茂钴是一种非贵金属钴的化合物，长期以来一直被用作简单的还原剂，而且价格相对低廉。研究人员发现，在这一反应中，二茂钴作为助催化剂的效率非同一般，它能直接向铱催化剂提供质子和电子，而不是像之前预期的那样释放出氢气。根本的未来钴已经是电池中的一种常见材料，需求量很大，因此斯坦福大学的研究小组希望他们对二茂钴特性的新认识能够帮助科学家们为这一过程开发其他催化剂。例如，研究人员正在探索更为丰富的非贵重地球金属催化剂，如铁，以使未来的LOHC系统更加经济实惠和可扩展。韦茅斯说："这是基础科学，但我们认为我们已经找到了一种新策略，可以更有选择性地将电能储存在液体燃料中。"随着这项工作的发展，人们希望LOHC系统能够改善工业和能源行业或单个太阳能或风能农场的能源存储。尽管幕后工作复杂而具有挑战性，但正如韦茅斯所总结的那样，这个过程实际上非常优雅："当拥有有多余的能量，而电网又没有需求时，就它储存起来。当需要这些能量时，就可以将其作为电能返回。"编译来源：ScitechDailyDOI:10.1021/jacs.4c02177...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435124.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435124.htm

绿色化学技术新突破 研究人员将氨转化为可持续氮源

绿色化学技术新突破研究人员将氨转化为可持续氮源通过主族元素化合物对氨进行可逆活化和催化转移。资料来源：弗兰克-布雷赫，德国工业技术大学胺是农用和医药化学品以及洗涤剂、染料、润滑剂和涂料的基本成分。此外，还可用作生产聚氨酯的催化剂。胺还可用于炼油厂和发电厂的气体洗涤器。通过破坏氮和氢之间的强键（即活化），氨分子至少在理论上可以转移到其他分子上，如不饱和碳氢化合物。例如，将氨转移到化学工业中的重要物质乙烯上就会产生乙胺。化学家将这种加成称为氢化反应。然而，氨和乙烯之间不易发生反应。反应的发生需要催化剂。然而，基于过渡金属的传统催化剂会与氨发生反应而失去活性。"因此，非活化烯烃与氨的氢化反应被认为是催化领域的一大挑战与目标，"KIT无机化学研究所分子化学部研究小组负责人FrankBreher教授说。氨的活化和催化转移通过与帕德博恩大学（PaderbornUniversity）和马德里康普顿斯大学（ComplutenseUniversityofMadrid）的研究人员合作，无机化学研究所的弗兰克-布雷赫（FrankBreher）教授和费利克斯-克雷默（FelixKrämer）博士现在距离实现这一具有挑战性的目标又近了一步。"我们已经开发出一种氨的活化系统，它不是基于过渡金属，而是基于主族元素。活化和随后转移氨的"原子经济"过程不会产生任何废物，这在可持续发展方面具有特别意义，"布雷赫说。相关研究成果现已发表在《自然-化学》杂志上。研究小组制备出了一种所谓的受挫路易斯对（FLP），它由作为电子对受体的酸和作为电子对供体的碱组成。通常情况下，两者会相互反应并产生加合物。如果阻止或至少限制加合物的形成，就会产生受挫情况，分子很容易与氨等小分子发生反应。"关键是要抑制反应性，使其与小分子的反应是可逆的。只有这样，才有可能在催化中使用这种FLP。我们是第一个用氨作为底物实现这一点的人，"Breher报告说。研究发现，FLP很容易以热中性方式与非水氨发生反应，并在室温下可逆地拆分氨的氮氢键。研究人员首次展示了基于主族元素的催化剂催化的NH3转移反应。"迄今为止，我们只转化了活化底物，没有转化不饱和碳氢化合物。但我们已经更接近我们梦想中的反应了，"布雷赫说。"我们预计，我们的首次原理验证将启动进一步的工作，将N-H活化氨用作一种易于获得且可持续的氮源。"参考文献FelixKrämer、JanParadies、IsraelFernández和FrankBreher于2023年9月28日发表在《自然-化学》上的文章："一种能够在非水介质中活化和催化氨转移的结晶铝碳基双亲化合物"。DOI:10.1038/s41557-023-01340-9编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403155.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403155.htm

斯坦福大学研究人员取得抗癌突破：巧妙地合成罕见的抗癌化合物

斯坦福大学研究人员取得抗癌突破：巧妙地合成罕见的抗癌化合物斯坦福大学的研究人员找到了一种快速和可持续的方法，在实验室里直接合成一种有前途的抗癌化合物。然而因为只有一种植物能自然产生这种物质，而且这种植物只生长在澳大利亚东北部雨林的一个小区域，所以这种化合物的供应一直受到限制。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1330507.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1330507.htm

斯坦福大学研究人员运用高盐电解质设计出防燃电池

斯坦福大学研究人员运用高盐电解质设计出防燃电池我们的手机、笔记本电脑和电动汽车中的锂离子电池有一定的起火风险，因为它们在运行时产生热量。我们已经看到许多有趣的方法来管理这种风险，包括集成阻燃剂、提醒用户注意过热的警告系统，以及在过热发生之前关闭设备的熔断开关。许多有希望的解决方案集中在可燃液体电解质上，它在电池的两个电极之间携带电流。缺陷和温度上升会导致这些电解质膨胀和/或点燃，然后可能导致智能手机或电动汽车起火。这一过程通常在140°F（60°C）左右发生，电解质中的溶剂开始蒸发并从液体变成气体。斯坦福大学的研究生、这项新研究的第一作者RachelZHuang说："电池行业最大的挑战之一就是这个安全问题，所以有很多努力在尝试制造一种安全的电池电解质。"斯坦福大学的研究生RachelHuang共同开发了一种用于锂电池的新型电解质Jian-ChengLai/StanfordUniversity黄和她在斯坦福大学和SLAC国家加速器实验室的同事已经开发出一种能够承受高温而不起火的电池。这种基于聚合物的新型电解质包含了大量的锂盐，称为LiFSI，占其总重量的63%。与直觉相反的是，它与易燃的溶剂分子配对，两者形成一种共生关系，有利于电池的安全和性能。溶剂分子使电解质能够传导离子，并达到与传统电解质相同的性能，而高浓度的盐则固定了这些分子，防止它们蒸发，进而防止火灾。该团队的不易燃电解质在锂离子电池中进行了测试，它能够从室温一直安全运行到212°F（100°C）。在左边可以看到标准的电池材料起火，而在右边可以看到一种新颖的不易燃材料能够抵御这种情况。斯坦福大学的教授ZhenanBao说："这项新发现为基于聚合物的电解质设计指出了一条新的思路。这种电解质对于开发未来既高能量密度又安全的电池非常重要"。该团队的新电解质的一个关键特征是，它具有类似于传统电解质的胶状形式，这意味着它可以与现有的电池部件集成，而不像其他实验性的不易燃电解质。该团队认为在电动汽车的应用中特别有潜力，在那里电池可以更紧密地挤在一起，而没有过热的风险。这将等同于提高能量密度和扩大范围。研究作者YiCui说："这种非常令人兴奋的新电池电解质与现有的锂离子电池技术兼容，并将对消费电子和电气运输产生巨大影响。"这项研究发表在《物质》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334701.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334701.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

北理工研究人员设计的电催化剂促进了清洁氢气的生产效率

北理工研究人员设计的电催化剂促进了清洁氢气的生产效率北京理工大学的研究人员设计了一种具有非晶相和晶相以及丰富缺陷的电催化剂，可以更有效地分解水并产生清洁燃烧的氢气。图片来源：纳米研究能源，清华大学出版社研究人员的研究结果最近发表在《纳米研究能源》杂志上。中国科学院教授李翠玲表示：“由可再生能源驱动的水电解制氢，即利用电流分解水，将氢气与氧气分离，是缓解和解决能源和环境危机的一项有前景的技术。”析氧反应是水电解的阳极反应，其中直流电引起化学反应，将氧分子从水分子中分离出来。然而这种反应是“一个缓慢的过程”，它限制了水电解作为生产氢气的可持续机制。据李说，析氧反应很慢，因为它需要大量的能量来触发分子转移其成分，但如果与更高效的催化剂结合，可以用更少的能量加速。开发用于析氧反应的高效电催化剂对于开发用于清洁能源转换的电化学装置至关重要，研究人员转向氧化钌，这是一种成本较低的催化剂，与其他催化剂相比，它对反应物和中间体的粘附更少。李说：“与商业产品相比，氧化钌基纳米材料具有更好的析氧反应性能，而迫切需要更复杂的电催化剂设计策略来激发更有效的催化性能，并且在很大程度上尚未得到探索。”为了填补这一空白，研究人员合成了氧化钌多孔颗粒。然后，他们处理颗粒以产生合理调节的异相，这意味着颗粒包含集成在一起的不同结构。多孔和多相结构提供了一种缺陷-本质上是原子结构中的缺口，这使得析氧反应能够更有效地进行更多的活性位点。李说：“得益于所得样品的丰富缺陷、晶体边界和活性位点可及性，证明了优异的析氧反应性能。工程电催化剂不仅能产生更好的析氧反应，而且还可以产生更好的析氧反应。为该过程提供更少的电力。这项研究证明了相工程的重要性，并为策略组合催化剂的设计和合成提供了新途径。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368041.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368041.htm