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研究人员发明了一种设备,可以电子转换一种金属,使其表现得像另一种金属,用作化学反应中的催化剂。

该装置被称为“催化冷凝器”,它首次证明了经过电子改性以提供新特性的替代材料可以产生更快、更有效的化学处理。

在JACS Au杂志上发表的一篇论文中,这项创新背后的科学家解释说,它为使用非贵金属催化剂的新催化技术打开了大门,这些技术用于存储可再生能源、制造可再生燃料和制造可持续材料等应用。

这项工作背后的灵感是该小组认为推进技术的主要障碍:全球范围内铑和钯的供应短缺及其高昂的价格。

鉴于这种情况,研究人员决定利用他们对电子在表面上的行为的了解来测试一种理论,该理论指出,在一种材料中添加和移除电子可以将金属氧化物变成模仿另一种材料特性的东西。

“原子真的不想改变它们的电子数量,但我们发明了催化冷凝器装置,它可以让我们调整催化剂表面的电子数量,”该大学化学工程和材料科学教授 Paul Dauenhauer领导该研究小组的明尼苏达大学在一份媒体声明中说。

“这为控制化学和使丰富的材料像珍贵材料一样提供了一个全新的机会。”

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催化冷凝器装置使用纳米薄膜的组合来移动和稳定催化剂表面的电子。这种设计具有将金属和金属氧化物与石墨烯结合的独特机制,以实现快速电子流动,其表面可用于化学调节。

“使用各种薄膜技术,我们将由低成本丰富的铝金属制成的纳米级氧化铝薄膜与石墨烯相结合,然后我们能够对其进行调整以呈现其他材料的特性,”Tzia Ming Onn,a制造和测试催化冷凝器的博士后研究员说。

“调整催化剂的催化和电子特性的强大能力超出了我们的预期。”

根据 Dauenhauer 和 Onn 的说法,催化冷凝器设计作为平台设备具有广泛的用途,可用于一系列制造应用。这种多功能性来自其纳米制造,该制造将石墨烯作为活性表面层的使能成分。

科学家们还解释说,该装置稳定电子(或不存在称为“空穴”的电子)的能力可以通过强绝缘内层的不同成分进行调节。该装置的活性层还可以结合任何基础催化剂材料和额外的添加剂,然后可以对其进行调整以实现昂贵的催化材料的性能。

“我们将催化冷凝器视为一种平台技术,可以在许多制造应用中实施,”共同作者 Dan Frisbie 说。“核心设计见解和新颖的组件几乎可以修改为我们能想象到的任何化学物质。”

该团队计划继续研究催化冷凝器,将其应用于贵金属,以解决一些最重要的可持续性和环境问题。

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