神秘有机浮渣能提高化学反应效率 减少化学废物

伊利诺伊州芝加哥——化学制造商经常使用有毒溶剂(如酒精和苯)来制造药品和塑料等产品。研究人员正在研究一种以前在制造这些产品的化学反应中被忽视和误解的现象。这一发现为催化化学带来了新的基础知识，为实际应用提供了垫脚石，有朝一日将使化学制造减少浪费，对环境更加无害。

这项由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校研究员大卫弗莱厄蒂、明尼苏达大学双城分校研究员马修内罗克和弗吉尼亚理工大学研究员艾曼卡里姆领导的研究发表在《科学》杂志上。

溶剂和金属纳米粒子的结合可以加速许多化学反应，有助于最大限度地提高化学工业的产量和利润率。然而，研究人员表示，许多溶剂有毒，难以安全处理。水也可以工作，但它的效率或可靠性不如有机溶剂。认为造成这种差异的原因是某些反应物在水中的溶解度有限。然而，由于实验数据中的各种不规则性，研究小组意识到这些差异的原因还没有被完全理解。

为了更好地理解这一过程，研究小组进行了实验，分析将氧气还原为过氧化氢的方法——一套水，另一套水，以及另一套水和甲醇的混合物。所有实验都使用了钯纳米粒子。

伊利诺伊州化学和生物分子工程教授Flaherty说：“在甲醇实验中，我们观察到溶剂自发分解，在纳米粒子表面留下有机残留物或浮渣。”“在某些情况下，浮渣状残留物附着在纳米颗粒上，从而增加了反应速度和过氧化氢的形成量，而不是阻碍反应。这一观察让我们想知道它可能会有什么帮助。”

研究小组发现，残留物或表面氧化还原介质可以含有含氧物质，包括关键成分羟甲基。据报道，它将在钯纳米粒子表面积累，开启新的化学反应路径。

“一旦形成，残留物就成为催化循环的一部分，这可能是过去40年来该反应报告的溶剂中一些不同效率的原因，”Flaherty说。“我们的工作提供了强有力的证据，证明这些表面氧化还原介质是在醇溶剂中形成的，它们可以解释这种化学方法过去的许多谜团。”

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