氟碳键对新的光源纳米催化剂不匹配

艺术家的插图的光激活天线反应堆催化剂稻米大学工程师，设计用于在碳氟碳中打破碳氟键。颗粒（白色和粉红色）的铝部分捕获来自光（绿色）的能量，激活钯催化剂（红色）。在插图中，由一个碳原子（黑色），三种氢原子（灰色）和一种氟原子（浅蓝色）组成的氟甲烷分子（顶部）与钯表面（黑色）附近的氘（黄色）分子反应，切割碳 - 制备氟化氘（右）和单氘化甲烷（底部）的 - 氟醚键。

实验室推出可以破坏有问题的C-F债券的催化剂

米饭大学工程师创造了一种光源催化剂，可以打破碳氟化物的强化学键，一组包括持久的环境污染物的合成材料。

在本月在本月发表的自然催化中发表的一项研究中，加州大学的稻田纳米佛罗里州先锋Naomi Halas和合作者，Santa Barbara（UCSB）和普林斯顿大学表明，用钯斑点的铝的微小球体可以破坏碳氟钯（ CF）通过称为水二氢的催化过程键，其中氟原子被氢原子取代。

赖斯大学的Naomi Halas是一种工程师，化学家和光活性纳米材料领域的先驱。

C-F债券的强度和稳定性落后于20世纪最可识别的化学品牌，包括Teflon，Freon和Scotchgard。但是当氟碳碳进入空气，土壤和水时，这些键的强度可能是有问题的。例如，在20世纪80年代被发现破坏地球保护臭氧层之后，国际条约被国际条约禁止氯氟烃，或氟氯烃，其他碳氟碳是由2001年条约所针对的“永远化学品”名单。

“关于修复任何含氟化合物的最难部分是破坏C-F键;它需要大量的能量，“哈拉斯，一位工程师和化学家，纳米级（LANP）的实验室专门用于创造和研究与光相互作用的纳米颗粒。

在过去的五年中，Halas和同事具有制作“天线反应器”催化剂的促进或加速化学反应的方法。虽然催化剂广泛用于工业，但它们通常用于需要高温，高压或两者的能量密集型过程中。例如，将催化材料的网插入化学植物的高压容器中，并且燃烧天然气或另一个化石燃料以加热流过网状物的气体或液体。LANP的天线反应器通过捕获光能并直接插入催化反应时显着提高能效。

在自然催化研究中，能量捕获天线是小于活细胞的铝颗粒，反应器是散射穿过铝表面的钯岛。天线反应器催化剂的节能特征可能是通过另一个先前成功所示的最佳说明：太阳能蒸汽。2012年，她的团队展示了能量收获颗粒可​​以立即蒸发水分靠近其表面的水分子，意味着Halas和同事可以在没有沸水的情况下蒸汽。为了开车回家，他们表明他们可以从冰冷的水中蒸汽。

天线反应器催化剂设计允许HALAS的团队混合和匹配最适合在特定上下文中捕获光和催化反应的金属。该工作是对清洁剂，更有效的化学方法的绿色化学运动的一部分，并且LANP先前已经证明了用于生产乙烯和合成气的催化剂，并用于分配氨以产生氢燃料。

研究领导作者Hossein Robatjazi，一个博克曼博士后的UCSB博士学位，他赢得了他的博士学位。 2019年，从米中，在Halas的实验室研究生学习期间进行了大部分研究。他表示，该项目还表明了跨学科合作的重要性。

“我去年完成了实验，但我们的实验结果具有一些有趣的特征，对照明的反应动力学变化，提出了一个重要但有趣的问题：轻盈扮演促进C-F破解的角色是什么作用？“他说。

罗布提扎尼抵达UCSB的博士后经验后，答案来自。他被任务开发了一个微动态模型，以及普林斯顿合作者的模型和理论计算的洞察力的组合有助于解释令人难题的结果。

“通过这种模式，我们使用传统催化中的表面科学的视角，以独特地将实验结果与光线下的反应途径和反应性的改变联系起来，”他说。

氟甲烷的示范实验可能只是C-F破催化剂的开始。

“该一般反应可用于修复许多其他类型的氟化分子，”Halas表示。

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参考：等离子体驱动的碳氟（C（SP3）-F）粘合激活与机械洞察力介绍Hossein Robatjazi，Junwei Lucas Bao，Ming Zhang，Linan Zhou，Phillip Christopher，Emily A. Carter ，彼得·诺尔兰德和纳米J.Halas，6月20日，1920年6月8日，自然催化.DOI：
10.1038 / s41929-020-0466-5

哈拉是斯坦利C. Moore of Cirical of Cople Engineering Engineering电脑工程学教授，米姆斯利卷发研究所和化学，生物工程，物理学和天文学教授，以及材料科学和纳米工程。

其他共同作者包括明张，林南和彼得·诺德兰德，所有的米饭;君主卢卡斯鲍斯，普林斯顿大学，现在在波士顿学院;艾米莉卡特，普林斯顿的原位，现在在加州大学植物局;和菲利普克里斯托弗的UCSB。

该研究得到了科学研究空军办公室（Muri Fa9550-15-1-0022），国防威胁策略（HDTRA1-16-1-0042），Welch Foundation（C-1220和C-1222）和阿诺德和MABEL BECKMAN基金会。