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新材料 |催化劑“新寵”—靜電

作者:河財(cái)管道 來源:本站 發(fā)表時(shí)間:2016-4-6 14:29:09 查看:次
科學(xué)家突破性地利用靜電來控制化學(xué)反應(yīng),將電場(chǎng)作為Diels-Alder反應(yīng)的催化劑,使其反應(yīng)速度提高了5倍。這個(gè)突破將有可能助力工業(yè)過程清潔化以及納米技術(shù)廉價(jià)化的進(jìn)一步發(fā)展。

  來自澳大利亞國立大學(xué)(ANU)的Michelle Coote教授的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了這種顛覆性的新方法,從自修復(fù)材料到藥物,都可以利用該方法制造一系列化學(xué)物質(zhì)。

  澳大利亞國立大學(xué)(ANU)化學(xué)研究中心的理論化學(xué)家兼職電子材料科學(xué)研究中心(ARC)的高級(jí)研究員Coote教授說道:“這是一項(xiàng)非常不可思議的發(fā)現(xiàn),使得我們對(duì)化學(xué)反應(yīng)有了一種全新的認(rèn)識(shí)!

  Coote教授表示,這項(xiàng)驚人的突破使得研究者能夠以全新的方式認(rèn)識(shí)化學(xué),加速制造過程,并且前所未有的控制化學(xué)反應(yīng),例如,制造基于有機(jī)電路的柔性電子元件。

  Coote教授預(yù)測(cè),電場(chǎng)可以強(qiáng)烈地影響化學(xué)反應(yīng)速率,它之所以從未被觀察到,是因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)的化學(xué)反應(yīng)中,氣體或液體中分子取向是隨機(jī)的。

  來自西班牙巴塞羅那大學(xué)的研究人員和來自Wollongong大學(xué)的Simone Ciampi博士所在的團(tuán)隊(duì)利用掃描隧道電子顯微鏡的尖端產(chǎn)生的電場(chǎng)來驗(yàn)證教授Coote的預(yù)測(cè)。

  研究團(tuán)隊(duì)將所有分子沿著同一方向附著在同一平面,然后用電子顯微鏡的探針來測(cè)試每個(gè)分子,并通過改變電場(chǎng)的強(qiáng)度和極性來控制Diels-Alder反應(yīng)的速率,使得共軛二烯和雙烯形成環(huán)己烯的反應(yīng)速率提高了5倍。

  Coote教授表示,該結(jié)果有助于研究團(tuán)隊(duì)理解很多自然生化反應(yīng),自然界使用酶作為最終的催化劑,反應(yīng)速率可以改變14個(gè)數(shù)量級(jí)。酶與帶電官能團(tuán)發(fā)生作用,在活性位點(diǎn)上有效地產(chǎn)生一個(gè)定向電場(chǎng)。

  與傳統(tǒng)催化劑相比,電場(chǎng)催化劑的優(yōu)勢(shì)顯而易見。傳統(tǒng)催化劑通常基于昂貴的化學(xué)物質(zhì),而且還存在副產(chǎn)物或者污染最終產(chǎn)物。由于電場(chǎng)可以在測(cè)試管外很快地打開和關(guān)閉,因此研究人員可以通過這一新方法遠(yuǎn)程控制化學(xué)過程。

  當(dāng)澳大利亞國立大學(xué)(ANU)作為電子材料科學(xué)研究中心(ACES)的合作伙伴加入Wollongong大學(xué)的同時(shí),Coote教授也被巴塞羅那大學(xué)引進(jìn)。ACES的主任教授Gordon Wallace表示,目前這僅僅是種跨學(xué)科研究的整體方法,也許短期內(nèi)可以付諸于工業(yè)生產(chǎn)中。

  Gordon Wallace教授介紹,ACES中心具備高校環(huán)境和綜合學(xué)科研究方法,這意味著研究者可以使用一切必備技能--從構(gòu)建分子生物學(xué)模型到進(jìn)行精確實(shí)驗(yàn)--來實(shí)現(xiàn)這一驚人發(fā)現(xiàn)。

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