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

自持振荡现象的突破性发现有助于改进燃料生产

自持振荡现象的突破性发现有助于改进燃料生产华盛顿州立大学的研究人员在了解费托合成工艺方面取得了重大突破，这是一种将煤、天然气或生物质转化为液体燃料的关键工业方法。与许多保持稳定状态的催化反应不同，他们发现费舍尔-特罗普希过程表现出自我维持的振荡，在高活性和低活性状态之间交替进行。发表在《科学》（Science）杂志上的这一发现为优化反应速率、提高所需产物的产量提供了可能性，从而有可能在未来实现更高效的燃料生产。通讯作者、西悉尼大学吉恩和琳达-沃兰德化学工程与生物工程学院的沃兰德特聘教授诺伯特-克鲁斯（NorbertKruse）说："通常情况下，由于安全问题，化学工业不希望出现温度变化很大的速率振荡。在目前的情况下，振荡是可控的，而且在机理上也很好理解。有了这样一个实验和理论上的理解基础，研发方法就会完全不同-这就让我们真正拥有了一种基于知识的方法，而这将大有帮助。"重新思考催化剂设计尽管费托合成工艺常用于燃料和化学品生产，但研究人员对这一复杂的催化转化过程的工作原理却知之甚少。该工艺使用催化剂将氢气和一氧化碳这两种简单的分子转化为长分子链，也就是日常生活中广泛使用的碳氢化合物。一个多世纪以来，燃料和化工行业的研发工作一直采用试错法，而现在，研究人员将能够更有意识地设计催化剂，并调整反应以引发振荡状态，从而提高催化性能。研究生张锐向克鲁泽提出了一个问题：他无法稳定反应的温度，在此之后，研究人员偶然发现了振荡现象。当他们一起研究时，发现了令人惊讶的振荡。研究人员不仅发现了反应会产生振荡反应状态，还发现了其原因。也就是说，当反应产生的热量导致温度升高时，反应物气体会失去与催化剂表面的接触，反应速度会减慢，从而降低温度。一旦温度足够低，催化剂表面的反应气体浓度增加，反应速度又会加快。因此，温度升高，循环结束。理论与实验趋同在这项研究中，研究人员在实验室中使用一种常用的钴催化剂，通过添加氧化铈进行调节，演示了该反应，然后对其工作原理进行了建模。合著者之一、布鲁塞尔自由大学的皮埃尔-加斯帕德（PierreGaspard）制定了一个反应方案，并从理论上强加了周期性变化的温度，以复制反应的实验速率和选择性。通讯作者、西悉尼大学沃兰德学院摄政教授王勇（YongWang）说："我们能够从理论上建立模型，这真是太美妙了。理论数据和实验数据几乎吻合"。克鲁泽研究振荡反应已有30多年。费舍尔-特罗普希反应振荡行为的发现非常令人惊讶，因为该反应在机理上极其复杂。克鲁泽说："我们在研究中有时会遇到很多挫折，因为事情并没有按照你想象的那样发展，但也有你无法描述的时刻。这太有成就感了，但用'成就感'来形容取得这一重大突破时的激动心情又太无力了。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401535.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401535.htm

科学家揭秘细菌物种间的相互作用与组织动态模式

科学家揭秘细菌物种间的相互作用与组织动态模式由于两种细菌物种之间的追逐相互作用，可以创建结构模式。在一个新模型中，马克斯·普朗克动力学与自组织研究所(MPI-DS)的科学家描述了个体层面的相互作用如何导致物种的自组织，他们的发现提供了对集体行为一般机制的见解。在最近的一项研究中，MPI-DS生命物质物理系的科学家开发了一个模型来描述细菌群体中的通讯途径。细菌通过感知环境中化学物质的浓度并调整其运动来表现出整体的组织模式。“我们模拟了两种细菌之间的非互惠相互作用，”第一作者YuDuan解释道。“这意味着物种A正在追逐物种B，而物种B的目标是排斥物种A。”研究人员发现，仅仅这种追逐和避免的相互作用就足以形成一种结构模式。生成的模式的类型取决于交互的强度。这补充了之前的一项研究，其中提出了一个模型，该模型还包括细菌的种内相互作用，以形成一种模式。根据两个物种A和B之间的追逐和避免相互作用，不同的自组织模式可以在全球层面上进化。图片来源：MPI-DS/LMP在这个新模型中，还包括细菌运动的影响，不需要粘附或对齐来形成包含数百万个体的复杂超级结构。“虽然细菌种群动态显示出整体秩序，但在个体细菌水平上情况并非如此。特别是，单个细菌似乎以无序的方式移动，其结构只有在更高的水平上才可见，这非常令人着迷。”MPI-DS生命物质物理系组长BenoîtMahault总结道。该模型还允许考虑两个以上的物种，增加可能的相互作用和新兴模式的数量。值得注意的是，它也不限于细菌，还可以应用于各种集体行为。其中包括光控微型游泳者、群居昆虫、动物群体和机器人群。因此，这项研究提供了关于在具有许多组件的网络中形成大规模结构的机制的一般见解。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389173.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389173.htm

科学家开发出有助于预防干眼症的隐形眼镜

科学家开发出有助于预防干眼症的隐形眼镜在全世界1.4亿佩戴隐形眼镜的人中，有30%至50%的人经历过CLIDE。CLIDE的发生是由于泪水从隐形眼镜的外表面流向内表面不足，导致泪水过度蒸发并出现CLIDE的相关症状。目前对这种情况的治疗方法包括再湿润滴剂、凝胶或润滑剂，更频繁地更换镜片，或改变镜片的材料。还有一些眼睑治疗方法，如眼睑按摩和热敷。在更严重的情况下，可以利用对泪腺的物理刺激，以及使用插入泪道的装置--点滴塞，以阻断排泄。这些治疗方法的疗效各不相同，但是，也可能有潜在的有害药物在体内积累，而且非用户友好的方法导致病人不遵守医嘱。以前也有人尝试用隐形眼镜来治疗干眼症，如石墨烯涂层的镜片，旨在最大限度地减少水分流失，以及用金属电极刺激的自保湿镜片。但这些方法成本高，不实用，可能会影响病人的安全和舒适。TIBI团队的方法采用了一种隐形眼镜的设计，其中包含了微通道，以促进泪流的移动和流动，从而可以避免干眼症。这种流动可以通过正常眨眼所施加的压力来实现，因此不需要外部设备协助。在制造他们的隐形眼镜原型时，该团队利用了一种节省时间的方法--他们的镜片模具是由硅酮聚合物混合物制成的；这使得通过轻轻弯曲模具就可以轻松地取出铸造在上面的镜片。以前的方法需要在热水中浸泡12个小时才能取出镜片。这种方法产生了高质量、光滑的微通道，以及比以前的镜片薄30倍的镜片。一个定制的设备被用来在每个微通道的两端制造储水槽，用于液体的流入和流出。在将微通道封装在夹层透镜层下的类似三明治的组件中时，也利用了创新技术。最初，为加强粘合而准备的两个镜片表面使镜片脱水，导致它们卷曲。这个问题通过使用水溶性胶水将两个镜片贴在支架上得到了解决。这不仅能使镜片的结合更加均匀，而且还能保护它们不受损害。在对其封装的微通道镜片进行了严格的稳定性和渗漏性测试后，使用该团队设计的模拟眼睑眨动的装置对镜片进行了一系列实验。这个装置与镜片原型结合在一起，在镜片上形成人工眼皮压力，以刺激泪水流动。经过各种实验，证明有效的配置是在晶状体表面上以新颖的圆形图案排列的方形截面的微通道；这与晶状体的功能和弧度相匹配，并带来了最佳的液体流动。该团队展示了概念验证，证明他们的镜片能够引导源自镜片表面的泪水流向镜片底部，以对抗干眼症。研究小组对这些流动进行了量化，并确定这些流动是由低压水平驱动的，就像正常眼睛眨眼时的压力一样。可以设计出进一步的实验，在动物模型和病人身上测试这些镜片。TIBI董事兼首席执行官AliKhademhosseini说："我们团队采用的创造性方法为数百万人带来了潜在的解决方案。希望我们可以扩大我们的努力，使这一解决方案得以实现"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347731.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347731.htm

金纳米粒子催化剂有助于将塑料废料转化为有用的化合物

金纳米粒子催化剂有助于将塑料废料转化为有用的化合物金纳米粒子催化剂可以回收聚酯和生物质来自东京都立大学的研究人员发现，支持在氧化锆表面的金纳米粒子有助于将像生物质和聚酯这样的废料变成有机硅烷化合物，这是用于广泛用途的宝贵化学品。新方案利用了金纳米粒子和氧化锆支持物的两性（酸和碱）性质之间的合作。其结果是一个需要较少条件的反应，以及一个更环保的废物升级回收方法。循环利用是人类解决全球塑料垃圾问题的一个重要部分。它的大部分内容是将塑料垃圾变成塑料产品。然而，科学家们也一直在探索其他方法，以鼓励将废物材料作为一种资源使用。这包括升级再造，将废料转化为全新的化合物和产品，这些化合物和产品可能比用来制造它们的材料更有价值。醚和酯在由安装在氧化锆基底上的金纳米粒子组成的混合催化剂存在下与二硅烷反应。金纳米粒子的存在以及支持物上的酸性和碱性位点有助于将醚和酯基转化为硅烷基。资料来源：东京都立大学由三浦宏树副教授领导的东京都大学的一个研究小组一直致力于将塑料和生物质转化为有机硅烷，有机硅烷是连接有硅原子的有机分子，形成碳硅键。有机硅烷是高性能涂料的宝贵材料，也是生产药品和农用化学品的中间体。然而，硅原子的添加往往涉及对空气和水分敏感的试剂，需要高温，更不用说苛刻的酸性或碱性条件可能使转换过程本身成为环境负担。现在，该团队已经应用了一种混合催化剂材料，由支持在氧化锆载体上的金纳米粒子组成。该催化剂采用醚基和酯基，这两种基团在聚酯等塑料和纤维素等生物质化合物中都很丰富，并帮助它们与一种被称为二硅烷的含硅化合物发生反应。在溶液中温和加热的情况下，他们成功地在酯或醚基所在的地方创建了有机硅烷基团。通过对机制的详细研究，该团队发现，金纳米粒子和支持物的两性（包括碱性和酸性）性质之间的合作是在温和条件下有效、高产地转换原材料的原因。鉴于塑料垃圾处理通常需要燃烧或苛刻的酸性/碱性条件，该工艺本身已经提供了一条在要求低得多的条件下分解聚酯的简便途径。然而，这里的关键点是，反应的产物本身是有价值的化合物，可以用于新的应用。该团队希望，这条生产有机硅烷的新路线构成了我们通往碳中和未来的途径的一部分，在那里，塑料不会进入环境，而是成为社会中更有用的产品。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350321.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350321.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