新型催化冷凝器讓普通金屬“變身”

科技日報北京5月10日電 （記者劉霞）美國明尼蘇達大學(xué)雙子城分校科學(xué)家發(fā)明了一種名為“催化冷凝器”的開創(chuàng)性裝置，可通過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、更高效地進行。這項研究發(fā)表于美國化學(xué)學(xué)會期刊姊妹刊JACS Au網(wǎng)站，為使用非貴金屬催化劑的新催化技術(shù)打開了大門，可提高儲存可再生能源、制造無碳燃料和可持續(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、銠和鈀都擁有獨特的電子表面性質(zhì)，對控制化學(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，已成為推動技術(shù)進步的主要障礙。

為開發(fā)出替代這些材料催化性能的方法，研究人員依靠他們對電子在表面行為的了解，成功地測試了一種理論，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：“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全新的機會。”

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移動和穩(wěn)定催化劑表面的電子。該設(shè)計有一種獨特的機制，可以將金屬和金屬氧化物與石墨烯結(jié)合起來，使電子能夠在表面快速流動。

研究人員說：“利用各種薄膜技術(shù)，我們將一種由廉價豐富的鋁金屬制成的納米級氧化鋁薄膜與石墨烯結(jié)合，然后對其進行調(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，這個催化冷凝器作為一種平臺設(shè)備，具有廣泛的用途，“核心設(shè)計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)”。

該團隊計劃繼續(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)境問題。在美國能源部和國家科學(xué)基金會的資助下，幾個平行項目已經(jīng)在進行中，比如將可再生電力儲存為氨；制造可再生塑料中的關(guān)鍵分子；清潔氣體廢物等。