神秘有機(jī)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(shí),為實(shí)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(fèi),對(duì)環(huán)境更加無害。
這項(xiàng)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(dá)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(rùn)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(jī)溶劑。認(rèn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的各種不規(guī)則性,研究小組意識(shí)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn),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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中,我們觀察到溶劑自發(fā)分解,在納米粒子表面留下有機(jī)殘留物或浮渣?!薄霸谀承┣闆r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(huì)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(bào)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(bào)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(qiáng)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(tuán)?!?
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