能源研究人员发明了准确无误的催化剂

时间:2020-03-09 18:19 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

能源研究人员发明了准确无误的催化剂

来自明尼苏达大学、马萨诸塞大学阿默斯特分校、特拉华大学和加州大学圣巴巴拉分校的一组研究人员发明了振荡催化剂技术,可以加速化学反应,而没有副作用或化学误差。这项突破性的技术可以应用到数百种工业化学技术中,每年减少数千吨的浪费,同时提高材料生产的性能和成本效率。

这项研究发表在英国皇家化学学会的首期期刊《化学科学》上。

在化学反应中,科学家们使用所谓的催化剂来加速反应。发生在催化剂表面(如金属)上的化学反应比不良的副反应加速得快。当初级反应比其他副反应快得多时,催化剂就能很好地选择最有价值的产物。副反应是化学控制中的失误,造成了重大的物质浪费和经济损失。

由美国能源部资助的能源创新催化中心的研究人员有了一个突破,他们意识到他们可以设计一种新的催化剂,利用波大大加速初级表面反应。当所施加的波的频率和振幅与初级化学反应的特征相匹配时,该反应就会比所有其他副反应快上几千倍。在这种波动条件下,催化剂基本上不会对副产物产生任何误差。

“所有的化学反应都有固有频率,就像钢琴或吉他上的琴弦,”该研究的主要作者、明尼苏达大学(University of Minnesota)科学与工程学院(College of Science and Engineering)化学工程与材料科学系的教授保罗·多恩豪尔(Paul Dauenhauer)说。“当我们找到所需的催化反应的正确频率时,催化剂就几乎完美了——浪费的反应几乎完全停止了。”

这一发现对能源、材料、食品和医疗行业的关键化学品的生产具有特殊意义。最重要的化学物质是大规模工业生产的,即使是开发良好的催化剂也会产生一些副产品,每年产生成千上万吨的废物。

研究人员能够大致解释不同类型的化学反应与控制催化剂误差的表面波频率之间的关系。

“表面上的分子可以去几个能源通道,但振荡催化剂几乎可以完全控制哪些通路分子选择,包括阻止分子沿着不受欢迎的能源管道在催化剂表面,“Ardagh亚历克斯说,第一作者的研究论文和明尼苏达大学的博士后研究学者。

高选择性、无错误的催化剂的发现建立在之前由同一小组开发的动态催化理论的基础上。对催化反应表现出最佳控制的传统催化剂具有特定于特定化学的表面能。然而,像波一样变化的新型动态催化剂,在比传统表面能更强和更弱的结合能之间振荡。

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