教育房产时事环球科技商业
投稿投诉
商业财经
热点动态
科技数码
软件应用
国际环球
晨报科学
新闻时事
信息智能
汽车房产
办公手机
教育体育
生活生物

科学家现在可以为重要的化学反应设计单原子催化剂了

  据外媒报道, 塔夫茨大学、伦敦大学学院、剑桥大学和加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员已经证明,催化剂确实可以成为一种变革的媒介。 在周二发表在 《科学》 杂志上的一项研究中,他们使用在超级计算机上运行的量子化学模拟来预测一种新的催化剂结构以及它与某些化学品的相互作用,并在实践中证明了它生产丙烯的能力--目前供应不足--这在塑料、织物和其他化学品的制造中是至关重要的。这些改进有可能成为高效、“更环保”的化学,并减少碳足迹。
  丙烯的需求量每年约为1亿吨(价值约为2000亿美元),而目前根本没有足够的资源来满足激增的需求。继硫酸和乙烯之后,其生产涉及到化学工业中按规模计算的第三大转换过程。生产丙烯和乙烯最常见的方法是蒸汽裂解,其产量限制在85%以内,是化学工业中能源最密集的工艺之一。生产丙烯的传统原料是石油和天然气作业的副产品,但向页岩气的转变限制了其产量。
  从页岩气中发现的丙烷生产丙烯所用的典型催化剂是由金属的组合组成的,这些金属在原子层面上可能具有随机的复杂结构。反应性原子通常以许多不同的方式聚集在一起,使其很难根据对化学品可能与催化表面相互作用的基本计算来设计新的反应催化剂。
  相比之下,塔夫茨大学发现并在2012年首次在《科学》杂志上报道的单原子合金催化剂,将单个活性金属原子分散在一个更惰性的催化剂表面,密度约为1个活性原子比100个惰性原子。这使得单个催化原子和被处理的化学品之间有了明确的相互作用,而不会因为与附近其他活性金属的不相干的相互作用而变得复杂。由单原子合金催化的反应往往是清洁和高效的,而且,正如目前的研究所证明的那样,它们现在可以通过理论方法进行预测。
  塔夫茨大学化学系教授、该研究的通讯作者Charles Sykes说:“我们采取了一种新的方法,与伦敦大学学院和剑桥大学的合作者在超级计算机上运行第一原理计算,这使我们能够预测将丙烷转化为丙烯的最佳催化剂是什么。”
  这些导致预测催化剂表面反应性的计算通过原子尺度成像和在模型催化剂上运行的反应得到证实。研究人员随后合成了单原子合金纳米粒子催化剂,并在工业相关条件下对其进行了测试。在这个特定的应用中,分散在铜表面的铑原子在丙烷脱氢制丙烯时效果最好。
  该研究的共同通讯作者、伦敦大学化学工程系副教授Michail Stamatakis说:“对常用的异质催化剂的改进大多是一个试验和错误的过程。单原子催化剂使我们能够从第一原理上计算出分子和原子在催化表面如何相互作用,从而预测出反应结果。在这种情况下,我们预测铑会非常有效地从甲烷和丙烷等分子上拉出氢--这种预测与常识相反,但在付诸实践时却令人难以置信地成功。我们现在有了一种合理设计催化剂的新方法。”
  单原子铑 (Rh) 催化剂的效率很高,可以100%地选择性生产产品丙烯,而目前的工业丙烯生产催化剂只有90%,这里的选择性是指在表面导致所需产品的反应的比例。Stamatakis说:“如果被工业界采用,这种效率水平可能会导致大量的成本节约和数百万吨的二氧化碳不被排放到大气中。”
  单原子合金催化剂不仅效率更高,而且它们还倾向于在更温和的条件和更低的温度下运行反应,因此比传统催化剂需要更少的能源。它们的生产成本可能更低,只需要一小部分贵金属,如铂金或铑,而这些金属可能非常昂贵。例如,铑的价格目前约为每盎司22,000美元,而占催化剂99%的铜的价格仅为每盎司30美分。新的铑/铜单原子合金催化剂还具有抗结焦性--这是工业催化反应中一个普遍存在的问题,即高碳含量的中间产物--基本上是烟尘--在催化剂表面堆积,并开始抑制所需的反应。这些改进是降低碳足迹的 "更绿色 "化学的秘诀。
  Stamatakis说:“这项工作进一步证明了单原子合金催化剂在解决催化剂行业效率低下方面的巨大潜力,这反过来又有非常大的经济和环境回报。”
  【来源:cnBeta.COM】

科学家以昆虫为灵感研发出高度灵敏性小型机器人以某些昆虫的粘性脚掌为灵感,加州大学伯克利分校的工程师们成功创造出一个具有高度灵敏性的小型机器人,能够轻松地在各种复杂环境下爬行。科学家使它们能够粘附在表面上,利用静电粘附创造出一NASA继续尝试拯救脱机的哈勃太空望远镜据外媒报道,对于哈勃太空望远镜来说,现在的情况并不是很好。6月13日,该望远镜的有效载荷电脑突然停止工作,促使主电脑将望远镜放入安全模式。虽然望远镜本身及其科学仪器仍然处于工作状态研究为什么会有金矿?科学家们发现了答案为什么会有金矿?黄金是著名的非活性物质,而且似乎没有什么理由让黄金集中,而不是均匀地散布在地壳中。现在,一个国际地球化学家小组已经发现了黄金与砷一起集中的原因,解释了大多数金矿的形研究土卫二的甲烷羽流很可能是微生物生命的迹象据外媒报道,土星的卫星土卫二正在制造甲烷。一项新研究发现,从这颗冰冷的卫星上探测到的甲烷水平远远高于已知的地球化学过程所能解释的水平,但它们跟微生物的水平一致。乍一看,土卫二的巨大新发现的古生物托儿所提供了5。18亿年前生命的罕见信息据外媒报道,5亿年前,地球上的所有生命都生活在海洋中,但科学家们对这些动物和藻类是如何发展的却知之甚少。据一个国际研究团队称,在中国昆明附近新发现的一处化石沉积物可能是理解这些生物物理学家揭开了世界上最薄超导体的秘密来自三大洲的物理学家团队,刚刚报告了首个能够解释迄今最薄超导体背后不寻常电子行为的实验证据。得益于极其高效的导电特性,这种只有单原子层厚度的材料,有望在无数场景下得到广泛的应用,比NASA捕捉到X级太阳耀斑事件画面据外媒报道,美国东部时间2021年7月3日上午10点29分,太阳耀斑达到顶峰。一直在观测太阳的NASA太阳动力学观测台捕捉到了这一事件的图像。太阳耀斑是一种强烈的辐射爆发。耀斑产生超级老人研究发现衰老的大脑如何保持卓越的记忆力据外媒报道,一项独特的新成像研究将学习新信息的ldquo超级老人rdquo(superagers)的大脑活动与完成同样任务的年轻人的大脑进行了比较。研究结果强调了一些老年人是如何保外媒大多数美国人认为地球以外存在智慧生命据外媒报道,因为美国政府公布的报告,不明飞行物(UFO)或不明空中现象(UAP)近来得到了很多主流媒体的关注。而根据一项新调查,大多数美国人相信,智慧生命存在于我们地球家园的范围之古代重大生物地理事件驱动的小型短尾乌贼的多样性据外媒报道,短尾乌贼和后耳乌贼是微小的海洋无脊椎动物,遍布世界各大洋,是有用的研究模型动物。目前有68种公认的短尾乌贼和5种公认的后耳乌贼,但它们相互分化的时间仍然相对未知。冲绳科NASA和SpaceX的目标是发射Crew3载人航天任务据外媒CNET报道,当地时间周一,美国宇航局(NASA)宣布SpaceX的Crew3前往国际空间站任务的新目标发射日期为10月31日。它将发射日期从之前的10月23日推迟了约一周。
钠蒸发可能解释小行星Phaethon类似彗星的行为当彗星穿过内太阳系时,太阳对其进行加热,导致其表面以下的冰块蒸发到太空中。蒸发的水汽使尘埃和岩石脱落,气体产生了一个明亮的尾巴,它可以从彗星核中延伸出数百万英里,就像一个空灵的面纱NASA正调查小行星Phaethon出现类似彗星的活动美国宇航局的科学家们一直在研究一个有趣的小行星Phaethon,它正在表现出类似彗星的活动。最近的实验室模型和测试表明,这颗小行星在靠近太阳的轨道上运行时可能正在排放钠蒸气,这种特太阳轨道器飞掠金星并捕捉到这颗行星发出的强光据外媒报道,当地时间2021年8月9日,ESANASA的太阳轨道飞行器(SolarOrbiter)在金星表面4967英里(7995公里)范围内掠过。在此之前的日子里,太阳轨道飞行器VegaVV19成功发射PliadesNeo等有效载荷据外媒报道,英国夏时令时间8月17日0247,VV19火箭从法属圭亚那的欧洲航天发射场起飞。主要有效载荷PleacuteiadesNeo4发射质量为922公斤,它是首个在任务55分天文学家通过多色无线电排除FRB起源的一个主要模型据外媒报道,快速射电暴(FRB)是我们这个时代最引人入胜的宇宙之谜之一,现在我们可能离找出它们的成因又近了一步。通过在一批重复信号中同时检查多个ldquo射电颜色rdquo,天文学新型绝缘添加剂可显著改善高压输电线缆的性能在风力涡轮机等可再生能源得到日渐重视的当下,我们还需解决将电力传输到远方城市所面临的一系列问题。一方面,受金属线材电阻特性的影响,传输距离越远线路的损耗就越大。为此,电网公司已经普NASA科普为什么我们必须保护臭氧层?许多年前,对我们星球最大的担忧之一是我们的臭氧层的消耗。这种担忧是如此之大,以至于通过了新的法律,禁止气雾剂空调制冷剂产品中的某些推成分以防止臭氧层的耗损。随着所有关于全球变暖的讨化石揭示早期陆生植物从淡水藻类进化而来根据研究人员在科学杂志上发表的一份新报告,人们可能需要开始对植物进行不同的思考,他们重新审视了孢子状的微化石,其特征挑战了我们对陆地植物进化的传统认识。这些微化石是60多年前在澳大NASA的Psyche小行星任务距离发射时间更近了据外媒报道,随着NASA的Psyche任务距离发射还有不到一年的时间,人们的期待正在增加。等到明年春天,组装完整的航天器将从南加州的喷气推进实验室(JPL)运送到NASA位于佛罗里SpaceX超重型助推器首次静态测试取得成功据外媒报道,5年来,SpaceX一直在成功地发射和着陆火箭,但其著名的猎鹰9号只是其宏伟计划的垫脚石。埃隆middot马斯克领导的公司希望让前往月球及其他星球的深空旅行变得更加经济新里程!祝融号火星车行驶突破一华里7月18日消息,据央视新闻报道,日前,国家航天局发布消息宣布,截至7月17日23时,ldquo祝融号rdquo火星车行驶里程突破一华里(509米),即将到达第二处沙丘,计划对沙丘及