| 2022年6月23日 |
能源研究人員發明了一種變色龍金屬，它的行為與許多其他金屬相似（Nanowerk新聞由明尼蘇達雙城大學領導的一組能源研究人員發明了一種開創性的裝置，它可以通過電子方式將一種金屬轉化成另一種金屬，作為加速化學反應的催化劑。這種被稱為“催化冷凝器”的裝置首次證明，通過電子改性提供新性能的替代材料可以產生更快、更高效的化學加工。 |
| 本發明為使用非貴金屬催化劑的新催化技術的重要應用打開了大門，如存儲可再生能源、製造可再生燃料和製造可持續材料。 |
| 這項研究發表在江淮盟（用於可編程固體酸的氧化鋁石墨烯催化冷凝器)，被選為“編輯之選”刊物。該團隊還與明尼蘇達大學技術商業化辦公室合作，並擁有該設備的臨時專利。 |
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| 明尼蘇達大學的研究人員發明了一種“催化冷凝器”，為使用非貴金屬催化劑的新的催化技術打開了大門，用於存儲可再生能源、製造可再生燃料和製造可持續材料等重要應用。(圖片來源:明尼蘇達大學Dauenhauer集團) |
| 上個世紀的化學加工一直依靠特定材料的使用來促進我們日常生活中使用的化學品和材料的製造。其中許多材料，如貴金屬釕、鉑、銠和鈀，具有獨特的電子表麵性能。它們既可以作為金屬，也可以作為金屬氧化物，這使得它們對控製化學反應至關重要。 |
| 一般公眾可能最熟悉這個概念，與盜竊汽車催化轉換器的上升有關。催化轉化器的價值在於其內部含有銠和鈀。事實上，鈀可能比黃金更貴。 |
| 這些昂貴的材料在世界各地經常供應短缺，已經成為技術進步的主要障礙。 |
| 為了開發這種調節替代材料催化性能的方法，研究人員依靠他們對電子在表麵行為的知識。該團隊成功地驗證了一個理論，即在一種材料上添加或移除電子，可以將金屬氧化物變成類似另一種材料性質的東西。 |
| “原子真的不想改變它們的電子數量，但我們發明了催化冷凝器裝置，讓我們可以調整催化劑表麵的電子數量，”麥克阿瑟研究員、明尼蘇達大學化學工程和材料科學教授、該研究團隊的負責人保羅·道恩豪爾(Paul Dauenhauer)說。“這為控製化學和使豐富的材料像珍貴的材料一樣發揮作用打開了一個全新的機會。”Dauenhauer還擔任Lanny & Charlotte Schmidt基金會主席。 |
| 催化電容器裝置使用納米薄膜的組合來移動和穩定催化劑表麵的電子。該設計具有獨特的金屬與金屬氧化物結合的機理石墨烯使快速電子流動的表麵是可調的化學。 |
| “通過使用各種薄膜技術，我們將一種由低成本豐富的鋁金屬製成的納米氧化鋁薄膜與石墨烯結合在一起，然後我們就能夠調整它，使其具有其他材料的性能，”明尼蘇達大學(University of Minnesota)的博士後研究員齊明安(Tzia Ming Onn)說，他製造並測試了催化冷凝器。“調整催化劑的催化和電子性能的實質性能力超出了我們的預期。” |
| 催化冷凝器設計作為平台裝置在一係列製造應用中具有廣泛的用途。這種多功能性來自於其納米製造，將石墨烯作為活性表麵層的賦能成分。該器件穩定電子(或電子的缺失稱為“空穴”)的功率可通過強絕緣內層的不同組成進行調節。該裝置的活性層還可以結合任何基礎催化劑材料與額外的添加劑，然後可以調整，以達到昂貴的催化材料的性能。 |
| 明尼蘇達大學化學工程與材料科學係主任兼研究團隊成員Dan Frisbie教授說:“我們將催化冷凝器視為一種平台技術，可以在大量的製造應用中實現。”“核心設計理念和新穎的組件幾乎可以被修改為我們能想象到的任何化學物質。” |
| 該團隊計劃繼續研究催化冷凝器，將其應用於貴金屬，以解決一些最重要的可持續性和環境問題。在美國能源部和國家科學基金會的財政支持下，幾個平行的項目已經在進行中，包括以氨的形式儲存可再生電力，製造可再生塑料中的關鍵分子，以及清潔氣態廢物流。 |
| 來自馬薩諸塞大學阿默斯特分校和加州大學聖巴巴拉分校的研究人員也參與了這項研究。 |
