神秘有機浮渣能提高化學(xué)反應(yīng)效率 減少化學(xué)廢物

伊利諾伊州芝加哥——化學(xué)制造商經(jīng)常使用有毒溶劑(如酒精和苯)來制造藥品和塑料等產(chǎn)品。研究人員正在研究一種以前在制造這些產(chǎn)品的化學(xué)反應(yīng)中被忽視和誤解的現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)為催化化學(xué)帶來了新的基礎(chǔ)知識，為實際應(yīng)用提供了墊腳石，有朝一日將使化學(xué)制造減少浪費，對環(huán)境更加無害。

這項由伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校研究員大衛(wèi)弗萊厄蒂、明尼蘇達大學(xué)雙城分校研究員馬修內(nèi)羅克和弗吉尼亞理工大學(xué)研究員艾曼卡里姆領(lǐng)導(dǎo)的研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

溶劑和金屬納米粒子的結(jié)合可以加速許多化學(xué)反應(yīng)，有助于最大限度地提高化學(xué)工業(yè)的產(chǎn)量和利潤率。然而，研究人員表示，許多溶劑有毒，難以安全處理。水也可以工作，但它的效率或可靠性不如有機溶劑。認為造成這種差異的原因是某些反應(yīng)物在水中的溶解度有限。然而，由于實驗數(shù)據(jù)中的各種不規(guī)則性，研究小組意識到這些差異的原因還沒有被完全理解。

為了更好地理解這一過程，研究小組進行了實驗，分析將氧氣還原為過氧化氫的方法——一套水，另一套水，以及另一套水和甲醇的混合物。所有實驗都使用了鈀納米粒子。

伊利諾伊州化學(xué)和生物分子工程教授Flaherty說：“在甲醇實驗中，我們觀察到溶劑自發(fā)分解，在納米粒子表面留下有機殘留物或浮渣。”“在某些情況下，浮渣狀殘留物附著在納米顆粒上，從而增加了反應(yīng)速度和過氧化氫的形成量，而不是阻礙反應(yīng)。這一觀察讓我們想知道它可能會有什么幫助?！?

研究小組發(fā)現(xiàn)，殘留物或表面氧化還原介質(zhì)可以含有含氧物質(zhì)，包括關(guān)鍵成分羥甲基。據(jù)報道，它將在鈀納米粒子表面積累，開啟新的化學(xué)反應(yīng)路徑。

“一旦形成，殘留物就成為催化循環(huán)的一部分，這可能是過去40年來該反應(yīng)報告的溶劑中一些不同效率的原因，”Flaherty說。“我們的工作提供了強有力的證據(jù)，證明這些表面氧化還原介質(zhì)是在醇溶劑中形成的，它們可以解釋這種化學(xué)方法過去的許多謎團?！?

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