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中性(neutrality卡塔尔化合物第叁次被看作触媒配位体,人造酶让以水制氢越来越快更方便

点击: 99 次  来源:http://www.010zws.com 时间:2020-03-17

核心提示:据美国物理学家组织网7月29日报道,美国科学家在实验室里完成了“不可能完成的任务”:他们将本来为酸性的硼基化合物在反应中变得像碱性化合物一样,可用作催化剂配位体。科学家们在7月29日出版的《科学》杂志的一篇论文中指出,最新催化剂将使制药和生物技术工业中的大量化学反应成为可能,对基础学术研究也大有裨益。据美国物理学家组织网7月29日报道,美国科学家在实验室里完成了“不可能完成的任务”:他们将本来为酸性的硼基化合物在反应中变得像碱性化合物一样,可用作催化剂配位体。科学家们在7月29日出版的《科学》杂志的一篇论文中指出,最新催化剂将使制药和生物技术工业中的大量化学反应成为可能,对基础学术研究也大有裨益。

核心提示:据英国广播公司8月12日报道,美国科学家在8月12日出版的《科学》杂志上撰文表示,他们研制出了一种人造酶,与天然酶相比,能将制氢化学反应的速度加快10倍,最新研究有望加速制氢过程并降低成本。 本报讯据英国广播公司8月12日报道,美国科学家在8月12日出版的《科学》杂志上撰文表示,他们研制出了一种人造酶,与天然酶相比,能将制氢化学反应的速度加快10倍,最新研究有望加速制氢过程并降低成本。

催化剂通常由离子或化合物依附于一个金属而形成,催化剂的作用是使化学反应发生或变得更加容易,但催化剂本身并不会被化学反应消耗或“改头换面”,其对反应的成功来说至关重要。尽管现在只有30种金属能用来形成催化剂,但依附于其上的离子或分子的数量则以百万计,这使科学家能制造出大量催化剂。现在,最主要的配位体是呈碱性的氮基或者磷基。

氢是一种“多才多艺”的能量载体,可从风能、太阳能、生物质等多种能源中获取并应用于很多方面,氢能利用过程的关键是先将电能变成化学能存储起来,然后按照需求将其释放。但现在科学界面临的主要问题是,如何使制氢反应快速且便宜地发生以便实现规模化。

领导该研究的加州大学河滨分校化学教授盖伊·贝特兰德在实验室中长期专注于研究催化剂,他解释道,酸无法被用作催化剂中的配位体,必须使用碱,而通常使用的磷基催化剂存在的问题是,磷有毒且可能会污染最终产品。硼虽然无毒,但所有的硼基化合物都是酸性化合物。

在任何有电的地方,人们都可以用水来制造氢气,再使用一块燃料电池又可以将氢变回电,所得到的副产品只有水。不过,燃料电池需要一个催化剂来加速将氢变成水和电的化学反应,铂在这方面表现良好,但铂非常昂贵而且稀少。

在最新实验中,贝特兰德团队通过修改硼原子中的电子数量而保持其原子核不变,使硼基化合物表现得像碱性化合物一样。贝特兰德表示:“研究结果违背了我们的常识,令人大跌眼镜。当我在一个会议上宣布我的早期研究结果时,在场的人都认为这是不可能的。但我们确实做到了这一点,我们已成功地将硼基化合物变得类似于氮基化合物。换句话说,我们使酸性化合物表现得像碱性化合物一样。”

早在10多亿年前,有些微生物就能利用便宜且储量丰富的镍和铁制造一种天然酶。后来人们发现这种天然酶可完成氢能与电能的转化。而美国科学家最新研制出一种人造酶,其性能比天然酶更加优异。实验表明,在以水制氢这一复杂的化学反应中,新人造酶的表现相当亮眼,反应速度是使用天然酶的10倍,每秒钟能制造出10万个氢分子。

贝特兰德团队的研究表明,现在能用硼配位体替代催化剂中使用的磷配位体。自从1902年首个有催化剂参与的反应诞生以来,催化剂研究领域内取得的进步并不大。最新研究是催化剂研究中的一个“巨大跃进”,尽管这些硼基催化剂能助推什么类型的反应还是个未知数,然而,大量新催化剂必将以惊人的数量出现。

该研究的合作者、美国能源部西北太平洋国家实验室的科学家莫瑞斯·布洛克表示:“这种镍基催化剂真的非常给力。”

尽管这种酶的催化效率更高,但目前,如果想对这一过程进行大规模推广,仍需耗费大量电能。然而,作者在论文中写道:“实验结果强调了分子催化剂在制氢过程中的巨大潜能。”

科学家们表示,如果我们能使用铁和镍研制出人造酶,整个过程将会更便宜,我们有望制造出更便宜的氢。

总编辑圈点

像《飞屋环游记》里的主人公那样乘坐五彩氢气球冒险,是深藏在很多未泯童心深处的童话。不过,作为元素周期表中的“带头大哥”,氢的本事可远不止是充几个气球,它是“最清洁的燃料”,也是工业、军事方面的多面手。工业制取工艺及成本是目前制约氢气作为能源发展的主要瓶颈之一,而催化剂则被视为其突破口。前几天,本栏目曾报道酸性化合物首次被用作催化剂配位体,“大量新催化剂必将以惊人的数量出现”。不知道这一消息能否与那些致力于研究制氢催化剂的“聪明脑袋”碰撞出新的火花。