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莱斯大学开发一种光催化剂,可打破有害环境的碳氟化合物C-F键

莱斯大学的工程师创造了一种光催化剂,可以打破碳氟化合物中的强化学键,碳氟化合物是包括持久性环境污染物的一组合成材料。

莱斯大学开发一种光催化剂,可打破有害环境的碳氟化合物C-F键
研究人员开发的这种催化剂破坏碳氟化合物中的碳氟键。颗粒的铝部分(白色和粉红色)从浅色(绿色)捕获能量,从而激活催化剂(红色)钯岛。由一个碳原子(黑色),三个氢原子(灰色)和一个氟原子(浅蓝色)组成的氟甲烷分子(顶部)与钯表面(黑色)附近的氘(黄色)分子反应,裂解碳-氟键产生氟化氘(右)和单氘甲烷(底部)。

在本月发表在《自然催化》上的一项研究中,莱斯大学纳米光子学先驱Naomi Halas和加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)和普林斯顿大学合作研究表明,点缀着钯斑点的铝微小球体可以通过称为加氢脱氟的催化过程打破碳-氟(C-F)键,其中氟原子被氢原子取代。

在过去的五年里,Halas和同事们开创了制造 “天线反应器 “催化剂的方法,这种催化剂可以刺激或加速化学反应。虽然催化剂在工业领域应用广泛,但通常用于需要高温、高压或两者兼备的高能耗工艺。例如,在化工厂的高压容器中插入催化材料网,燃烧天然气或其他化石燃料以加热流经网状物的气体或液体。纳米光子学实验室LANP的天线反应器通过捕获光能并将其直接插入催化反应点来极大地提高了能效。

在《自然催化》研究中,能量捕捉天线是一个比活细胞还小的铝粒子,而反应器是散布在铝表面的钯岛。天线反应器催化剂的节能特性也许可以通过Halas先前的另一项成功研究加以说明:太阳能蒸汽。2012年,她的团队展示了其能量收集粒子可以瞬间蒸发其表面附近的水分子,这意味着Halas和同事可以在不煮沸水的情况下制造蒸汽。为了让大家明白这一点,他们展示了用冰冷的水制造蒸汽。

天线-反应器催化剂的设计使Halas团队可以混合和匹配最适合在特定环境中捕获光和催化反应的金属。这项工作是绿色化学向更清洁,更高效的化学过程迈进的一部分,并且LANP先前已证明了用于生产乙烯和合成气以及将氨分解以生产氢燃料的催化剂。

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