新型催化冷凝器讓普通金屬“變身”

科技日?qǐng)?bào)北京5月10日電 （記者劉霞）美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)雙子城分?？茖W(xué)家發(fā)明了一種名為“催化冷凝器”的開(kāi)創(chuàng)性裝置，可通過(guò)電方式讓一種金屬的行為像另一種金屬，用作加速化學(xué)反應(yīng)的催化劑，使化學(xué)反應(yīng)更快、更高效地進(jìn)行。這項(xiàng)研究發(fā)表于美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊姊妹刊JACS Au網(wǎng)站，為使用非貴金屬催化劑的新催化技術(shù)打開(kāi)了大門(mén)，可提高儲(chǔ)存可再生能源、制造無(wú)碳燃料和可持續(xù)材料的效率。

上世紀(jì)，科學(xué)家們利用化學(xué)反應(yīng)，在特定材料的催化下，生產(chǎn)和制造出了日常生活中使用的多種化學(xué)品和材料。其中許多催化材料，如貴金屬釕、鉑、銠和鈀都擁有獨(dú)特的電子表面性質(zhì)，對(duì)控制化學(xué)反應(yīng)至關(guān)重要。但這些昂貴的材料在世界各地供不應(yīng)求，已成為推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的主要障礙。

為開(kāi)發(fā)出替代這些材料催化性能的方法，研究人員依靠他們對(duì)電子在表面行為的了解，成功地測(cè)試了一種理論，即向一種材料添加和移除電子，可以讓這種材料模仿另一種材料的特性，并據(jù)此發(fā)明了這款催化冷凝器裝置。

最新研究負(fù)責(zé)人保羅·道恩豪爾教授說(shuō)：“這款新設(shè)備可以調(diào)節(jié)催化劑表面的電子數(shù)，為控制化學(xué)反應(yīng)并使更多材料扮演貴重材料的角色提供了一個(gè)全新的機(jī)會(huì)。”

研究人員解釋稱，這款催化冷凝器裝置使用納米薄膜的組合來(lái)移動(dòng)和穩(wěn)定催化劑表面的電子。該設(shè)計(jì)有一種獨(dú)特的機(jī)制，可以將金屬和金屬氧化物與石墨烯結(jié)合起來(lái)，使電子能夠在表面快速流動(dòng)。

研究人員說(shuō)：“利用各種薄膜技術(shù)，我們將一種由廉價(jià)豐富的鋁金屬制成的納米級(jí)氧化鋁薄膜與石墨烯結(jié)合，然后對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使其具有其他材料的特性，而且該設(shè)備調(diào)整催化和電子性能的能力超出了我們的預(yù)期”。

研究人員表示，這個(gè)催化冷凝器作為一種平臺(tái)設(shè)備，具有廣泛的用途，“核心設(shè)計(jì)和新穎組件可以被修改以應(yīng)用于任何我們能想象到的化學(xué)反應(yīng)”。

該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)研究這款催化冷凝器，用其解決一些最重要的可持續(xù)和環(huán)境問(wèn)題。在美國(guó)能源部和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助下，幾個(gè)平行項(xiàng)目已經(jīng)在進(jìn)行中，比如將可再生電力儲(chǔ)存為氨；制造可再生塑料中的關(guān)鍵分子；清潔氣體廢物等。