科学家发现最原始的光氧化催化剂 为原始大气与生命的产生提供转化支持

科学家发现最原始的光氧化催化剂为原始大气与生命的产生提供转化支持太阳是地球上第一批生化分子的关键动力，它与催化剂一起促进了关键反应，加快了化学过程。一组研究人员最近证明，氨和甲烷等离子体相互作用产生的一种物质有可能利用光能促进胺到亚胺的转化。这种机制可能是最早的生物分子形成的重要原因。这些发现最近发表在《AngewandteChemie》杂志上。30至40亿年前，在原始地球上，第一批生物分子正在生命爆发之前形成。然而，这些早期化学反应需要催化剂。王新晨和中国福州大学的一个研究小组发现，原始大气本身就可以作为这些催化剂的来源。研究小组利用甲烷和氨气（它们很可能存在于笼罩着太古宙的高温气体混合物中），使用化学气相沉积法生产出含氮碳化合物作为可能的催化剂。他们发现，在反应室中，分子从氨气和甲烷等离子体中凝结到表面，迅速生长形成一种类似于掺氮石墨的固态含氮碳聚合物。研究小组观察到，不规则结合的氮原子赋予了这种聚合物催化活性位点和电子结构，使其能够被光激发。研究人员随后转而证明这种物质在光的作用下可以还原或氧化其他物质的程度。早期地球上最重要的反应之一可能是亚胺的形成。亚胺又称希夫碱，是胺的一种脱氢形式，胺是由碳、氮和氢组成的化合物。许多化学家认为，在原始地球上，亚胺可能参与了第一代遗传分子核糖核酸（RNA）的形成。王和他的团队可以证明，他们的等离子催化剂可以利用阳光将胺转化为亚胺。研究小组说，基于氮化碳的光催化剂，如等离子体产生的物质可以持续数百万年，并产生重要的化学中间体。此外，它们还可以作为含碳和含氮化合物的来源。通过证明仅利用早期地球大气中存在的气体和条件就有可能产生这种催化剂，这项研究为生物分子可能的进化路径提供了新的启示。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381745.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381745.htm

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InSoo-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，"DGISTIn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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434187.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434187.htm

科学家开发出活性提高7.9倍的催化剂用于制氢

科学家开发出活性提高7.9倍的催化剂用于制氢要使氢能更容易被车辆使用，并被公认为一种可靠的替代能源，就必须降低氢气的生产成本，确保其经济可行性。这一目标的核心是优化电解-氢进化过程的效率，该过程从水中制取氢气。最近，由浦项科技大学（POSTECH）化学系的InSuLee教授、SoumenDutta研究教授和ByeongSuGu组成的研究小组通过开发铂纳米催化剂，显著提高了氢这种绿色能源的生产效率。用于氢气进化的三金属杂化纳米催化剂的机理图解。资料来源：POSTECH他们通过逐步沉积两种不同金属的方式完成了这一创举。他们的研究成果发表在《AngewandteChemie》上，这是一份备受推崇的专注于化学领域的期刊。在催化剂表面的特定位置选择性地沉积不同的材料（其尺寸在纳米范围内）带来了巨大的挑战。意外沉积可能会阻塞催化剂的活性位点或干扰彼此的功能。这种困境阻碍了在单一材料上同时沉积镍和钯。镍负责激活水的分裂，而钯则促进氢离子向氢分子的转化。三金属杂化催化剂的合成和氢演化示意图。资料来源：POSTECH研究小组开发了一种新型纳米反应器，可精细控制沉积在二维平面纳米晶体上的金属位置。此外，他们还设计了一种纳米级精细沉积工艺，使不同的材料能够覆盖二维铂纳米晶体的不同面。这种新方法开发出了一种"铂-镍-钯"三金属混合催化剂材料，通过连续沉积，钯和镍纳米薄膜分别选择性地覆盖了二维铂纳米晶体的平面和边缘。混合催化剂具有独特的镍/铂和钯/铂界面，分别用于促进水分离和氢分子生成过程。因此，这两个不同过程的协同作用大大提高了电解-氢演化的效率。研究结果表明，与传统的铂碳催化剂相比，三金属混合纳米催化剂的催化活性提高了7.9倍。此外，这种新型催化剂还具有显著的稳定性，即使在反应时间长达50小时后仍能保持较高的催化活性。这就解决了异质界面之间的功能干扰或碰撞问题。领导这项研究的InSuLee教授乐观地表示："我们成功地开发出了在混合材料上形成的和谐异质界面，克服了工艺上的挑战。我希望研究成果能广泛应用于氢反应催化材料的开发。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390121.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390121.htm

我科研团队开发隔离锚定策略原位合成铁单原子催化剂

我科研团队开发隔离锚定策略原位合成铁单原子催化剂9月14日，记者从中国科学院生物能源与过程研究所获悉，该研究所梁汉璞研究员带领的能源材料与纳米催化研究组通过一种简单的隔离锚定策略，制备了多孔氮掺杂碳负载的铁单原子催化剂，相关研究成果近期发表在《碳》上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1315969.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1315969.htm

科学家改进合成不对称配体的工艺 为过渡金属催化提供探索途径

科学家改进合成不对称配体的工艺为过渡金属催化提供探索途径更容易获得更多种类的这些不对称化合物为设计过渡金属催化剂开辟了新的可能性。这项研究今天（11月21日）发表在《自然-通讯》杂志上，由日本北海道大学化学反应设计与发现研究所（WPI-ICReDD）的科学家进行。这项研究的重点是一类名为1,2-双（二苯基膦）乙烷衍生物（DPPEs）的化合物。DPPEs是双叉的，即它们在两个位置上附着在催化剂的金属中心。然而，DPPEs通常是对称的，每个连接臂都是相同的，这限制了可能的结构多样性和反应性。新的研究克服了这一限制，报告了一种利用乙烯（一种产量丰富的原料化学品）开发非对称DPPE的通用方法。基于AFIR的计算和实验过程的示意图，用于开发非对称DPPE的合成。资料来源：高野秀明等人，《自然通讯》2022年11月21日研究人员最初通过人工力诱导反应（AFIR）方法进行了量子化学计算，以确定可以反应形成DPPE的可能起始材料。计算结果显示了一个可行的过程，即磷化氢自由基很容易与乙烯反应形成DPPE。在此基础上，研究小组通过实验验证了一个简单的制造对称DPPE的过程，该过程在溶液中只需混合三种现成的化合物就能形成磷化氢自由基。这大大改善了以前涉及多个步骤和使用不稳定、高活性化合物的方法。这一过程随后被扩展到非对称DPPE，将乙烯与涵盖广泛的电子特性和尺寸的氯膦和磷化氢混合。尺寸和电子特性的差异产生了一种推拉效应，可能带来更有用的反应性或选择性，研究发现，使用蓝光LED照射的光催化剂提供了最好的产量。北海道大学化学反应设计与发现研究所（WPI-ICReDD）的研究团队成员。作为一项测试，该团队随后使用其中一种不对称DPPE衍生物形成了金属复合物。他们比较了与DPPE复合的钯和与不对称DPPE衍生物复合的钯的特性。这两种配合物具有明显不同的特性，包括颜色、吸收光谱和分子轨道能量，显示出不对称DPPE衍生物在作为催化剂配体时有可能实现不同的反应性。研究人员认为，应用于催化剂设计和使用一种低成本、丰富的材料都是这种方法的优势。"我们成功地合成了DPPE衍生物，这些衍生物作为过渡金属催化剂的配体是有用的，而且我们使用廉价的、容易获得的乙烯做到了这一点，"主要作者高野秀明说。"这一结果的实现是由于使用AFIR量子化学计算与有机化学家的实验技能和经验相结合所产生的协同效应。今后，我想利用我们在此报告的方法合成的新型配体开发新的、革命性的反应。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333449.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333449.htm

新型太阳能催化剂可在捕捉甲烷后生成纯氢和碳

新型太阳能催化剂可在捕捉甲烷后生成纯氢和碳催化专家理查德-布莱尔（RichardBlair，左）和纳米技术专家劳伦-泰塔德（LaureneTetard）（均来自佛罗里达大学）联手发现了令人兴奋的光催化新技术图/中佛罗里达大学中佛罗里达大学纳米科学技术中心和佛罗里达太空研究所的研究人员表示，他们已经研制出一种富含硼的光催化剂，这种催化剂具有纳米级缺陷或结构不规则，可以将甲烷等碳氢化合物链拆分成无害成分。输入仅仅是太阳光（如果可能的话，进行浓缩）和含有碳氢化合物的空气。输出是纯氢（可用于各种能源目的）和纯碳（另一种可销售的商品，具有导热性和导电性，还可用作润滑剂等）。重要的是，该工艺不会产生二氧化碳或一氧化碳。这与利用甲烷和水生产氢气或合成气的典型工业流程形成了鲜明对比，后者会排放大量的二氧化碳或一氧化碳。加州大学弗吉尼亚分校催化专家理查德-布莱尔在一份新闻稿中说："这项发明实际上是一举两得。我们可以获得绿色氢气，还可以去除，而不是真正封存甲烷。将甲烷加工成氢和纯碳后可用于电池等用途。我们的工艺将甲烷这种温室气体转化为非温室气体和两种有价值的产品--氢和碳--我们已经从循环中去除甲烷。"研究小组认为，他们的工作可以大大降低能源生成催化剂的成本，扩大他们工作的可见光频率范围，并提高太阳能光催化的效率。它不仅可以在不需要水的情况下实现比绿色更环保的氢气的工业生产，还可以为直接捕捉大气中的甲烷提供一种商业上可行的方法。甲烷是农业、垃圾填埋场、废水处理设施和一些主要工业流程中不可避免的副产品。天然气生产商在钻探甲烷时，甲烷就会大量泄漏出来，并通过管道和配件输送到家庭和工业，在那里甲烷通常会被燃烧，产生更多的二氧化碳。人类驱动的气候变化已经开始导致大气中甲烷的显著飙升，这要归功于热带湿地的扩大（甲烷从湿地中分解释放出来），以及极地永久冻土的融化（永久冻土会截留大量甲烷）。如果这种光催化剂在商业规模上证明是可行的，那么太阳能驱动的甲烷捕集技术就有可能部署在大型甲烷排放点周围，同时产生多种收入来源，这无疑是一个令人兴奋的想法。布莱尔说："在我们出现之前，这种氮化硼一直被认为是惰性的。也许是用于润滑剂，也许是化妆品。但它没有任何化学用途。然而，通过缺陷工程，研究团队发现这种化合物在生产碳和绿色氢气方面具有巨大潜力，而且可能会大量生产。"该团队正在寻找许可和赞助研究的机会，以推进该技术的发展。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378423.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378423.htm