中科大校友一次意外事故 造就了让3000万人摘掉眼镜的手术

中科大校友一次意外事故造就了让3000万人摘掉眼镜的手术密歇根大学一次意外的实验室事故，导致中国博士生视网膜中心烧伤（嘶，好痛）。但也就是这么一次意外，后来造福了3000多万近视患者——飞秒激光LASIK手术就此萌芽。今年的金鹅奖，就颁给了该实验室的五人组，以表彰他们在近视手术领域所做出的突出贡献。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1323125.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1323125.htm

催化剂技术的进步可能带来更清洁的氢能源

催化剂技术的进步可能带来更清洁的氢能源他们的研究结果最近发表在《美国国家科学院院刊》上。氢能是一种新兴的清洁和可持续能源，在绿色未来方面具有巨大潜力。作为宇宙中最丰富的元素，氢可以从可再生资源中生产出来，并用作发电、运输和工业应用的多功能燃料。它的燃烧仅产生水蒸气作为副产品，这使其成为减少温室气体排放和减缓气候变化的有前途的解决方案。“了解氢等清洁燃料的化学反应是如何发挥作用的非常具有挑战性——这篇论文代表了我在堪萨斯大学第一年开始的一个项目的高潮，”合著者、化学副教授詹姆斯·布莱克莫尔（JamesBlakemore）说。劳伦斯的研究构成了这一发现的基础。“我们的论文提供了通过专门技术来之不易的数据，以了解某种制氢催化剂如何发挥作用，”他说。“堪萨斯大学和布鲁克海文所使用的技术非常专业。实施这些使我们能够全面了解如何从氢的组成部分、质子和电子中制造氢。”布莱克莫尔在堪萨斯大学的研究是这一突破的基础。他将他的工作带到布鲁克海文，在他们的能源研究加速器中心使用脉冲辐射分解以及其他技术进行研究。布鲁克海文是美国仅有的两个拥有可进行脉冲放射分解实验的设备的地方之一。该论文的合著者、布鲁克海文化学家德米特里·波利安斯基(DmitryPolyansky)表示：“能够完全了解整个催化循环是非常罕见的。这些反应要经历许多步骤，其中一些步骤非常快且不易观察到。”Blakemore和他的合作者通过研究一种基于五甲基环戊二烯基铑络合物（简称为[Cp*Rh]）的催化剂而获得了这一发现。他们专注于与稀有金属铑配对的Cp*（发音为C-P-“Star”）配体，因为之前的工作表明这种组合适合这项工作。“铑系统被证明是脉冲放射分解的一个很好的目标，”布莱克莫尔说。“Cp*配体，正如它们的名字一样，是大多数有机金属化学家以及真正的各种化学家所熟悉的。它们用于支撑许多催化剂，并可以稳定催化循环中涉及的各种物质。本文的一项重要发现为Cp*配体如何密切参与析氢化学提供了新的见解。”但布莱克莫尔强调，除了生产清洁氢气之外，这些发现还可能导致其他化学工艺的改进。“在我们的工作中，我们希望化学家能够看到一项关于常见配体Cp*如何实现不寻常反应性的研究，”KU研究人员说。“这种不寻常的反应性与氢有关，但实际上比这更重要，因为Cp*存在于许多不同的催化剂中。化学家通常认为催化剂是基于金属的。按照这种思维方式，如果打算制造一个新分子，金属是将各个组成部分结合在一起的关键角色。我们的论文表明情况并非总是如此。Cp*可以参与将各个部分缝合在一起形成产品。”Blakemore表示，他希望这篇论文能够成为改进其他依赖Cp*配体的催化剂和系统的一个契机。这一突破得到了国家科学基金会和能源部科学办公室的支持，可以更广泛地应用于工业化学。布莱克莫尔目前正致力于应用本研究中使用的技术来开发核燃料回收和锕系元素处理的新方法。堪萨斯大学的研究生和本科生也参与了支持这一突破的研究。“这个项目对学生来说是一个非常重要的培训工具，”布莱克莫尔说。“第一作者、研究生WadeHenke目前在阿贡国家实验室担任博士后。研究生彭云为第二作者，并启动了与Brookhaven的联合工作；两人现在都已完成博士学位。多年来，本科生也为这个项目做出了贡献，提供了新的综合体和见解，我们用它们来构建本文中出现的故事。“总而言之，我认为这是一个成功的项目，也是多年来团队真正努力的成果。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370173.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370173.htm

超耐久金催化剂有望为工业带来变革

超耐久金催化剂有望为工业带来变革每个人都喜欢黄金：运动员、海盗、银行家--每个人。从历史上看，黄金就是一种极具吸引力的金属，可以用来制作奖牌、珠宝、硬币等。黄金之所以如此闪亮诱人，是因为它的化学性质能够抵御其他材料可能褪色的物理条件，例如高温、高压、氧化和其他有害物质。然而，矛盾的是，在纳米尺度上，微小的金颗粒却逆转了这一趋势，变得非常活跃，以至于长期以来，它们一直是实现各种催化剂的关键，这些催化剂是加速或以某种方式使化学反应发生的中间物质。换句话说，它们是将一种物质转化为另一种物质的有用或必要物质，因此在合成和制造中得到广泛应用。硫醇和有机聚合物保护是增加金纳米粒子韧性的两种现有方法。右图是研究人员使用聚氧化金属盐的新方法。图片来源：©2024Suzukietal.增强型金催化剂背后的创新东京大学应用化学系副教授KosukeSuzuki说："金是一种神奇的金属，在社会上，尤其是在科学领域，受到人们的赞誉是理所当然的。金是催化剂的理想材料，可以帮助我们合成包括药物在内的各种物质。原因在于金对吸收分子的亲和力较低，而且对与之结合的物质具有高度选择性，因此可以非常精确地控制化学合成过程。与传统催化剂相比，金催化剂通常在较低的温度和压力下工作，需要的能源更少，对环境的影响也更小"。研究人员利用环形暗场扫描透射电子显微镜技术制作的新型纳米粒子的原子分辨率图像。图片来源：©2024Suzukietal.尽管金很好，但它也有一些缺点。金的颗粒越小，它的反应性就越强，而且在一定程度上，用金制造的催化剂会开始受到热、压力、腐蚀、氧化和其他条件的负面影响。铃木和他的团队认为他们可以改善这种情况，并设计出一种新型保护剂，可以让金催化剂在更大范围的物理条件下保持其有用功能，而这些物理条件通常会阻碍或破坏典型的金催化剂。"目前催化剂中使用的金纳米粒子具有一定程度的保护作用，这要归功于十二硫醇和有机聚合物等制剂。但我们的新技术是基于一种被称为聚氧化金属盐的金属氧化物簇，它的效果要好得多，尤其是在氧化应激方面，"Suzuki说。"我们目前正在研究聚氧化金属酸盐的新型结构和应用。这次我们将聚氧化金属酸盐应用于金纳米粒子，并确定聚氧化金属酸盐提高了纳米粒子的耐久性。真正的挑战在于应用各种分析技术来测试和验证这一切"。研究小组使用了多种统称为光谱学的技术。他们使用了不下六种光谱学方法，这些方法所揭示的有关物质及其行为的信息种类各不相同。但一般来说，它们的工作原理都是将某种光线投射到物质上，然后用专门的传感器测量光线如何发生某种变化。铃木和他的团队花了几个月的时间，对他们的实验材料进行了各种测试和不同的配置，直到他们找到了他们想要的东西。铃木说："我们的目标不仅仅是改进某些化学合成方法。我们的增强型金纳米粒子有很多应用，可以造福社会，分解污染的催化剂（许多汽油车已经配备了我们熟悉的催化转换器）、影响较小的杀虫剂、可再生能源的绿色化学、医疗干预措施、食源性病原体传感器，等等，不胜枚举。但我们还想走得更远。下一步的工作将是改进物理条件的范围，使金纳米粒子更能适应物理条件，同时研究如何为其他有用的催化金属（如钌、铑、铼，当然还有比金更受人们推崇的东西：铂）增加一些耐久性"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416533.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416533.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

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

新型催化剂能在几分钟内彻底分解持久性塑料污染

新型催化剂能在几分钟内彻底分解持久性塑料污染新工艺可回收99%的单体（如图所示），即尼龙的组成部分。回收单体后，工业界可将尼龙循环利用，制成价值更高的产品。资料来源：美国西北大学现在，美国西北大学的化学家们开发出了一种新型催化剂，可以在几分钟内快速、干净、彻底地分解尼龙-6，而且不会产生有害的副产品。更妙的是该工艺不需要有毒溶剂、昂贵材料或极端条件，因此可用于日常应用。这种新型催化剂不仅能在环境修复方面发挥重要作用，还能在将尼龙-6废料升级再造为更高价值的产品方面迈出第一步。观看催化剂降解1克Nylon-6样品的过程。资料来源：美国西北大学这项研究最近发表在《化学》杂志上。该研究的资深作者、西北大学的托宾-马克斯（TobinMarks）说："全世界都意识到了塑料问题。塑料是我们社会的一部分，我们使用了大量的塑料。但问题是：用完之后我们该怎么办？理想情况下，我们不会将其焚烧或填埋。我们要回收利用。我们正在开发能分解这些聚合物的催化剂，使它们恢复到原来的形态，这样就可以重新利用了"。马克斯是西北大学温伯格文理学院查尔斯-莫里森和艾玛-莫里森化学教授、弗拉基米尔-伊帕蒂耶夫催化化学教授，以及西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程教授。他还是PaulaM.Trienens可持续发展与能源研究所的教员。西北大学的合著者包括化学与生物工程系萨拉-丽贝卡-罗兰（SarahRebeccaRoland）教授兼麦考密克高级副院长琳达-布罗德贝尔特（LindaJ.Broadbelt），以及马克斯研究小组的研究助理教授约西-克拉提什（YosiKratish）。致命的难题从衣服、地毯到安全带，尼龙-6存在于大多数人每天使用的各种材料中。但是，当人们用完这些材料后，它们最终会被填埋，或者更糟糕的是：散落在包括海洋在内的环境中。据世界野生动物联盟称，每年被遗弃在海洋中的渔具多达100万磅，其中由尼龙-6构成的渔网至少占太平洋大垃圾带的46%。一只被废弃渔网缠住的海龟。资料来源：美国国家海洋和大气管理局"渔网使用几年后就会失去使用性能，"论文的第一作者、马克斯实验室的博士后研究员叶立伟（音译）说。"它们会被水严重浸泡，很难从海里捞出来。而且它们的更换成本很低，人们就把它们留在水里，然后再买新的。""海洋中有大量垃圾，"马克斯补充道。"纸板和食物垃圾会生物降解。金属沉入海底。然后就剩下塑料了。"最环保的溶剂是无溶剂目前处理尼龙-6的方法仅限于简单地将其埋入垃圾填埋场。焚烧尼龙-6时，会排放出有毒污染物，如氮氧化物（与包括过早死亡在内的各种健康并发症有关）或二氧化碳（一种臭名昭著的强效温室气体）。虽然其他实验室也探索过降解尼龙-6的催化剂，但这些催化剂需要在极端条件下使用（如温度高达350摄氏度）、高压蒸汽（耗能高且效率低）和/或有毒溶剂，而这些只会造成更多污染。马克斯说："可以用酸来溶解塑料，但这样就会留下脏水。怎么处理这些水？我们的目标始终是使用绿色溶剂。有哪种溶剂比不使用溶剂更环保呢？"新型催化剂可在几分钟内降解尼龙6样品。资料来源：美国西北大学回收用于升级再循环的构件为了绕过这些问题，研究人员研究了马克斯实验室已经开发出的一种新型催化剂。这种催化剂利用了钇（一种廉价的地球富集金属）和镧离子。当研究小组将尼龙-6样品加热到熔化温度，并在不使用溶剂的情况下使用催化剂时，塑料就会分崩离析--还原成其原始的结构单元，而不会留下副产品。"你可以把聚合物想象成一条项链或一串珍珠，"马克斯解释道。"在这个比喻中，每颗珍珠都是一个单体。这些单体就是构件。我们设计了一种方法来分解项链，但恢复这些珍珠"。在实验中，马克斯和他的团队能够回收99%的塑料原始单体。原则上，这些单体可以再循环利用，制成价值更高的产品，这些产品目前因其强度和耐用性而需求量很大。"回收尼龙实际上比普通尼龙更值钱，"马克斯说。"许多高端时尚品牌都在服装中使用回收尼龙。"除了回收率高的单体外，这种催化剂还具有高度的选择性--只对尼龙-6聚合物起作用，而不会破坏周围的材料。这意味着业界可以将催化剂用于大量未分类的废料，并选择性地针对尼龙-6。"如果没有选择性催化剂，如何将尼龙从其他废料中分离出来？需要雇人对所有废料进行分类，以去除尼龙。这样做既昂贵又低效。但如果催化剂只降解尼龙，而把其他东西都留下来，那效率就高得惊人了。"回收这些单体还可以避免从头开始生产更多塑料。这些单体是用原油生产的，因此会产生巨大的碳足迹。在为新工艺申请专利后，马克斯和他的团队已经收到了潜在工业合作伙伴的兴趣。他们希望其他人能大规模使用他们的催化剂，帮助解决全球塑料问题。"我们的研究代表着聚合物回收和可持续材料管理领域向前迈出的重要一步，"Ye说。"这种创新方法解决了当前回收技术中的一个关键缺口，为尼龙废料问题提供了一种实用高效的解决方案。我们相信，它对减少塑料的环境足迹和促进循环经济具有重要意义。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401857.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401857.htm