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羅馬里奧至尊木蟲 (正式寫手)
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逆轉(zhuǎn)氧化！光照讓納米銅變身超級催化劑 已有8人參與
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只要用白光一照，你那生銹的老28自行車就能煥然一新，這種近乎YY小說的事兒是不是聽著很不靠譜？但密歇根大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，我們的確可以通過光線來逆轉(zhuǎn)納米級金屬銅粒子的氧化過程，而且這一原理還可以用來改進一種重要化學(xué)物質(zhì)——環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)工藝，使其變得更加環(huán)保和高效。 “我們發(fā)現(xiàn)了一種新的物理現(xiàn)象，有著非常重要的潛在應(yīng)用價值�！痹撗芯康念I(lǐng)導(dǎo)者，密歇根大學(xué)化學(xué)工程助理教授Suljo Linic說道。他們的研究論文已經(jīng)于今天發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志上。 納米銅所具有的這種獨特的擺脫氧原子的能力讓它成為了一種重要反應(yīng)的催化劑，即氧分子與丙烯分子結(jié)合成為環(huán)氧丙烷的反應(yīng)。環(huán)氧丙烷是一種十分重要的化學(xué)物質(zhì)，可以用來制造多種塑料、化妝品和家居用品，比如防凍劑、油漆和絕緣泡沫。僅在美國，每年對環(huán)氧丙烷的需求量就高達240萬噸，價值高達49億美元。 但不幸的是，環(huán)氧丙烷的制造流程非常復(fù)雜，需要一系列的中間反應(yīng)，而這會產(chǎn)生大量的冗余化學(xué)物質(zhì)。通常，制造一噸環(huán)氧丙烯會伴隨著兩噸各種鹽。如果有一種催化劑能夠讓氧與丙烯直接生成環(huán)氧丙烷，那么它就可以稱得上是催化劑界的“圣杯”。在這之前，科學(xué)家也曾發(fā)現(xiàn)金屬銅可以扮演這一角色，但又一不幸的是，銅自身也會與氧氣反應(yīng)生成氧化銅，而氧化銅是無法用來當(dāng)催化劑的。 “金屬形式的銅有著非常獨特的電子結(jié)構(gòu)，可以為氧氣與丙烯的反應(yīng)激活一條捷徑�！北疚牡牡谝蛔髡�，密歇根大學(xué)研究生Marimuthu Andiappan說道。金屬銅更“喜歡”讓氧氣與丙烯直接結(jié)合，而銅的氧化物卻傾向于將丙烯分解為二氧化碳，或者只給其中一個碳原子加上氧分子，生成丙烯醛。 研究人員拿著他們研制出來的銅催化劑樣本。供圖：Joseph Xu 幸好，研究人員發(fā)現(xiàn)，只要稍微改變一下銅的原子結(jié)構(gòu)，就能用光照逆轉(zhuǎn)銅的氧化過程。他們將銅制造成直徑約為40納米的納米粒子（大約是蛛絲的百分之一），然后加入了一些純凈的二氧化硅微粒，之后用其催化氧氣和丙烯氣體的反應(yīng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，在黑暗中銅會像往常一樣發(fā)生氧化，只有20%左右的氣體反應(yīng)生成了環(huán)氧丙烷，但在五倍于陽光的白光照射下，銅粒子保持在了金屬狀態(tài)，并且將50%的丙烯氣體催化成了環(huán)氧丙烷。 研究人員利用這個裝置進行反應(yīng)測試。中間的小圓盤中裝有催化劑，氧氣與丙烯氣體分別通過兩個管道輸入，光線從頂部照射。供圖：Joseph Xu “就我們所知，這是人類首次發(fā)現(xiàn)光線可以用來逆轉(zhuǎn)金屬的氧化過程�！盇ndiappan說道。在光照下，氧化銅表面下方的銅粒子會聚集光線，并且釋放銅原子中的電子，從而打破外層銅原子與氧原子的結(jié)合。而且，這一發(fā)現(xiàn)會讓環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)過程變得非常環(huán)保�！袄碚撋险f，我們只要通過鏡子來增強光照強度就可以了�！盇ndiappan補充道。 “目前我們只進行了初步的探索。”Linic說，“可以預(yù)想，我們可以通過光照讓許多用傳統(tǒng)方法無法完成的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生戲劇性的變化�！� |
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2013-10-31 21:39:37, 457.99 K
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 納米銅 | 催化&材料 | 文獻 | 催化前沿 |
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