在醇溶剂中形成的表面氧化还原介质可减少化学废物

化学品制造商经常使用苯和醇等有毒溶剂制造塑料和药品等产品。

科学家们正在分析一种以前被忽视和误解的现象，这种现象存在于制造此类产品的化学反应中。这一突破为催化化学提供了新的基本见解，并形成了现实应用的基础，有朝一日可能使化学制造更环保、更少浪费。

本研究是在导师的指导下进行的伊利诺伊香槟分校科学家David Flaherty，明尼苏达大学双子城研究员Matthew Neurock和弗吉尼亚理工大学科学家Ayman Karim已经发表在该杂志上亚博老虎机网登录.

混合金属纳米颗粒和溶剂可以加速几种化yabo214学反应，使化学部门的产量和利润率达到最佳。

根据研究小组的说法，几种溶剂有毒，很难安全处理。水也能起作用，但不如有机溶剂可靠或有效。造成这种差异的原因被认为是某些反应物在水中的溶解度较低。但由于实验数据不一致，研究小组认为我认为这些差异的原因还不完全清楚。

为了更好地了解这一过程，研究人员进行了一些实验，以检查氧还原为过氧化氢的过程——一组是水，另一组是甲醇，还有一些是水和甲醇的混合物。所有实验都使用了钯纳米颗粒。yabo214

在甲醇实验中，我们观察到溶剂自发分解，在纳米颗粒表面留下有机残留物或浮渣。在某些情况下，鳞屑状残留物附着在纳米颗粒上，增加了反应速率和过氧化氢的生成量，而不是阻碍反应。这一观察结果让我们想知道它有什么帮助yabo214.

David Flaherty，伊利诺伊大学化学和生物分子工程教授

研究人员发现，残留物，或表面氧化还原介质，含有含氧物种，以羟甲基为主要成分。它聚集在钯纳米颗粒的表面，形成新的化学反应途径。yabo214

一旦形成，残渣就成为催化循环的一部分，并且很可能是过去40年关于这个反应的研究中所报道的溶剂效率不同的原因。我们的工作提供了强有力的证据，这些表面氧化还原介质在酒精溶剂中形成，它们可能解释许多过去的化学之谜.

David Flaherty，伊利诺伊大学化学和生物分子工程教授

研究人员进行了多种实验和计算模拟，了解到这些氧化还原介质有能力有效地将电子和质子转移到反应物中，而在纯水中的反应很容易移动质子，但电子却不能。这些介质修饰纳米粒子的表面，从而降低质子和电子转移所要克服的能量势垒。yabo214

“我们表明，醇溶剂以及有机添加剂可以反应形成金属结合的表面介质，其作用方式与我们体内的酶辅因子催化氧化和还原反应的方式非常相似“Neurock说。

此外，这项研究可以应用于实现减少溶剂使用量和化学部门产生的废物。

我们的研究表明，在某些情况下，化学品生产商可以通过向纯水中添加少量添加剂而不是通过这些反应器泵送数千加仑的有机溶剂来形成表面氧化还原介质.

David Flaherty，伊利诺伊大学化学和生物分子工程教授

这项研究是由能源和生物科学研究所通过EBI-Shell项目以及国家科学基金会资助的。亚博老虎机网登录

期刊参考：

亚当斯,j·S。等（2021）溶剂分子原位形成表面氧化还原介质，并辅助催化O_2.减少Pd。亚博老虎机网登录.doi.org/10.1126/亚博老虎机网登录science.abc139.

来源:https://news.illinois.edu/view/6367