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研究创造了推进碳利用领域的过程

为了开发人类能源需求的可持续解决方案,许多科学家正在研究碳捕获和利用 - 在大气或点源中使用过量二氧化碳而不是化石燃料来合成用于制造日常产品的化学品的做法,从塑料,燃料到药品。

Feng Jiao是特拉华大学化学与生物分子工程副教授,是碳捕获与利用领域的领导者。现在,他和他的同事们发现了一个新的发现,可以进一步推进碳捕获和利用,并将其承诺扩展到新的行业。

在“自然化学”杂志上,焦和加州理工学院,南京大学(中国)和苏州大学(中国)的合作者描述了他们如何在电化学一氧化碳还原反应中形成碳 - 氮键,从而导致生产被称为酰胺的高价值化学品。这些物质可用于各种工业,包括药物。

该团队是第一个这样做的人。“现在,从二氧化碳作为碳源开始,我们可以扩展到各种产品,”UD的催化科学与技术中心(CCST)副主任Jiao说。

从UD开始的聪明才智

这些发现背后的科学是电化学,它利用电力产生化学变化。在先前的研究工作中,焦开发了一种特殊的银催化剂,将二氧化碳转化为一氧化碳。接下来,他想进一步将一氧化碳升级为可用于生产燃料,药品等的多碳产品。

“在电化学二氧化碳转化领域,我们只能使用这种技术生产四种主要产品:乙烯,乙醇,丙醇,正如我们几个月前在Nature Catalysis报道的那样,醋酸盐,”焦说。 。

氮是解开系统潜力的秘密因素。该团队使用的电化学流动反应器通常加入二氧化碳或一氧化碳,但这次它们同时加入一氧化碳和氨,这是一种含氮的化合物。氮源在电极 - 电解质界面处与铜催化剂相互作用,导致形成碳 - 氮(CN)键。该过程使该团队能够合成以前从未以这种方式制造的化学品,包括可用于药物合成的酰胺。许多药物化合物含有氮,“这实际上提供了一种独特的方法来构建含有来自简单碳和氮物种的氮的大分子,”焦说。

在美国化学学会的一次会议上,焦与加州理工学院人工光合作用联合中心首席研究员William A. Goddard III分享了他的一些初步研究结果。Goddard是一位世界领先的专家,他使用量子力学来确定这种电催化过程的反应机理和速率,他对这一意外发现感到非常兴奋,并立即成立了他的团队。戈达实验室的陶成发现,新的碳 - 氮键耦合是已经确定用于生产乙烯和乙醇的机制的一个副作用,这表明焦可能能够偶联CN以外的键。

“通过与戈达德教授的密切合作,我们从催化剂表面碳氮键的形成方面学到了很多东西,”焦说。“这为我们提供了关于如何设计更好的催化剂以促进这些化学反应的重要见解。”

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