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>>氟碳键是没有对手对于光动力纳米催化剂:水稻U.实验室推出催化剂,可以打破问题C-F键

艺术家的图示中,光活化天线反应器催化剂莱斯大学工程师设计打破碳 - 氟键的碳氟化合物的。从光(绿色)的粒子(白色和粉红色)捕获的能量的铝部分,活化的钯催化剂的岛屿(红色)。在插图中,氟代分子(顶)由一个碳原子(黑色)的,三个氢原子(灰色)和一个氟原子(浅蓝色)与氘的反应(黄色)的钯表面附近的分子(黑色),切割的碳- 氟键,以产生氟化氘(右)和monodeuterated甲烷(底部)。(H. Robatjazi / Rice大学提供图片)
艺术家的图示中,光活化天线反应器催化剂莱斯大学工程师设计打破碳 - 氟键的碳氟化合物的。从光(绿色)的粒子(白色和粉红色)捕获的能量的铝部分,活化的钯催化剂的岛屿(红色)。在插图中,氟代分子(顶)由一个碳原子(黑色)的,三个氢原子(灰色)和一个氟原子(浅蓝色)与氘的反应(黄色)的钯表面附近的分子(黑色),切割的碳- 氟键,以产生氟化氘(右)和monodeuterated甲烷(底部)。(H. Robatjazi / Rice大学提供图片)

抽象:
莱斯大学的工程师已经创建了一个光动力催化剂,能分解碳氟化合物的强化学键,一组合成材料,包括持久性环境污染物。

氟碳键是没有对手对于光动力纳米催化剂:水稻U.实验室推出催化剂,可以打破问题C-F键

休斯顿,德克萨斯州|发表于2020年6月22日

In a study published this month in Nature Catalysis, Rice nanophotonics pioneer Naomi Halas and collaborators at the University of California, Santa Barbara (UCSB) and Princeton University showed that tiny spheres of aluminum dotted with specks of palladium could break carbon-fluorine (C-F) bonds via a catalytic process known as hydrodefluorination in which a fluorine atom is replaced by an atom of hydrogen.

的强度和C-F键的稳定性是背后的一些20世纪最知名的化工品牌,包括聚四氟乙烯,氟利昂和高洁的。但是,当碳氟化合物进入空气,土壤和水这些债券的强度可能会有问题。氯氟烃,或氟氯化碳,例如,由20世纪80年代国际条约禁止他们发现被破坏保护地球的臭氧层后,和其他碳氟化合物是由2001年的条约有针对性的“永远的化学品”名单上。

"The hardest part about remediating any of the fluorine-containing compounds is breaking the C-F bond; it requires a lot of energy," said Halas, an engineer and chemist whose Laboratory for Nanophotonics (LANP) specializes in creating and studying nanoparticles that interact with light.

在过去的五年中,哈拉斯和同事们率先方法制作“天线反应器”催化剂是直或加速化学反应。虽然催化剂在工业广泛使用,它们通常需要高温,高压或两者能源密集型过程中使用。例如,催化材料制成的网被插入到一个高压容器中,在化学工厂,天然气或其它化石燃料燃烧以加热的气体或液体的通过网状流动。LANP的天线反应器显着地通过捕获光能,并在催化反应的点直接插入它提高能源效率。

在自然催化研究中,捕获能量天线是铝粒子比活细胞更小,并且反应器是分散在铝表面钯岛屿。太阳能蒸汽:天线反应器催化剂的节能功能也许是最好由另一个Halas的以前的成功的说明。在2012年,她的团队展示了其能量采集的颗粒可以瞬间汽化的水分子的表面附近,这意味着哈拉斯和他的同事可以使蒸汽不开水。开车回家的时候,他们发现,他们可以从冰冷的水产生蒸汽。

该天线反应器催化剂的设计允许Halas的队伍混合和匹配是最适合于在特定上下文中捕获光并催化反应的金属。这项工作是朝向更清洁,更有效的化学过程的绿色化学的运动的一部分,并且LANP先前证明催化剂生产乙烯和合成气和用于分离氨,以产生氢燃料。

研究主要作者侯赛因Robatjazi,贝克曼博士后研究员UCSB谁获得了博士学位。从赖斯在2019年,在他在哈拉斯的实验室研究生进行大量的研究。他说,该项目也显示出跨学科合作的重要性。

“我完成了实验最后一年,但我们的实验结果有一些有趣的功能,改变为在光照下的反应动力学,这提出了一个重要而有趣的问题:什么角色并发挥光推动C-F破化学”他说。

这些问题的答案来Robatjazi抵达他在加州大学圣巴巴拉分校的博士后经历之后。他与开发microkinetics模型任务,并通过合作者进行从模型的见解和理论计算的结合在普林斯顿有助于解释令人费解的结果。

“在这种模式下,我们使用了表面科学的角度在传统的催化实验结果唯一链接到更改光下的反应途径和反应,”他说。

上一氟甲烷的演示实验可能只是为C-F破催化剂的开始。

“这是一般的反应可以是用于补救许多其它类型的氟化分子是有用的,”哈拉斯说。

哈拉斯是在工程,赖斯斯莫利卷曲研究所所长,化学,生物,物理和天文学教授和材料科学和纳米工程学的莱斯·布朗学院电气工程和计算机的三穆尔教授斯坦利。

其他合着者包括张鸣,临安周和彼得Nordlander,所有大米的;君威卢卡斯宝,原普林斯顿大学,现在在波士顿学院;艾米莉·卡特,前普林斯顿大学,现在在加州大学洛杉矶分校;和UCSB的菲利普克里斯托弗。

这项研究是由科学研究空军办公室(穆里FA9550-15-1-0022),国防威胁降低局(HDTRA1-16-1-0042),韦尔奇基金会支持的(C-1220和C-1222)和阿诺德和梅布尔贝克曼基金会。

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关于赖斯大学
Located on a 300-acre forested campus in Houston, Rice University is consistently ranked among the nation�s top 20 universities by U.S. News & World Report. Rice has highly respected schools of Architecture, Business, Continuing Studies, Engineering, Humanities, Music, Natural Sciences and Social Sciences and is home to the Baker Institute for Public Policy. With 3,962 undergraduates and 3,027 graduate students, Rice�s undergraduate student-to-faculty ratio is just under 6-to-1. Its residential college system builds close-knit communities and lifelong friendships, just one reason why Rice is ranked No. 1 for lots of race/class interaction and No. 4 for quality of life by the Princeton Review. Rice is also rated as a best value among private universities by Kiplinger�s Personal Finance.

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