新型光能纳米催化剂诞生,或能缓解环境中的顽固污染物
资讯类型:行业新闻 加入时间:2020年6月24日12:43
 
美国莱斯大学工程师设计的光激活天线-反应器催化剂,可破坏氟碳化合物中的碳氟键。

氟碳化合物是一种性能良好的合成材料,但它会对环境造成持久性污染。

《自然·催化》杂志本月刊发的研究中,美国莱斯大学研究人员Naomi Halas和加州大学圣芭芭拉分校(UCSB)、普林斯顿大学的同仁合作,开发了一种新型光能纳米催化剂。它由掺杂金属钯的微小铝球构成,可通过氢化脱氟反应打破碳氟键。

碳氟键的高强度和稳定性铸造了一大批知名的“化学品牌”,例如特氟龙、氟利昂和思高洁。然而,当氟碳化合物进入空气、土壤和水中后,其超强的化学键成为阻碍降解的“拦路虎”。为此,人类已经制订了很多协议来限制氟碳化合物的使用。例如,20世纪80年代,国际公约明令禁止使用对臭氧层有破坏作用的氟氯烃(CFCs)。其它氟碳化合物则在2001年被列入“永久化学品”目录。

纳米光子学实验室(LANP)化学家Halas说:“破坏碳氟键是修复含氟化合物污染最困难的部分。”

在过去的五年中,Halas等开创了制造“天线-反应器”催化剂的先河。虽然催化剂已经在工业上得到了广泛应用,但通常它们需要高温、高压条件的辅助,能耗较高。

LANP开发的天线-反应器催化剂在捕获光能后,直接将其引入催化反应点,极大地提高了能源效率。

Halas等开发的天线-反应器催化剂,负责捕捉能量的“天线”是一颗比活细胞还小的铝粒子,反应器则是分布在铝粒子表面的“钯岛”。这种催化剂的节能特性,或许也可以从Halas团队的另一个成功案例中一窥端倪:太阳能蒸汽。

2012年,她和团队们展示了一种可以立刻蒸发表面水分子的特殊太阳能粒子,意味着她们可以在没有沸水的情况下制造出水蒸气——为了更好地说明问题,她们甚至用冰水制造了蒸汽。

论文第一作者、UCSB博士后研究员Hossein Robatjazi表示,新型催化剂项目显示了跨学科合作的重要性。他说:“我在去年完成了实验,发现光照下的反应动力学出现了一些有趣的变化。因此,我们不禁思考,光在打破碳氟键的化学反应中扮演了怎样的角色?”

为此,Robatjazi开发了一个微观动力学模型,并在普林斯顿大学研究人员的协助下完成了理论计算,最终得到了问题的答案。他解释说:“在这个模型中,我们使用了传统催化理论中的表面科学观点,独特地将实验结果与反应途径、光诱导反应活性建立了联系。”

Halas补充说:“打破碳氟键只是一个开端,我们的成果还有望应用于修复其他类型的氟系分子污染。”

原创编译:雷鑫宇 审稿:西莫 责编:程建兰

期刊来源:《自然·催化》

期刊编号:2520-1158
文章来自:中国催化剂网
文章作者:webmaster
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