伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的洛伊丝·约克苏里安 伊利诺伊州的研究人员是多机构团队的一员，他们发现溶剂会自发地与金属纳米粒子发生反应，形成反应性复合物，从而提高催化剂的性能，同时减少化学制造对环境的影响
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Flaherty等人
，科学371:6529 (2021)
信用:亚历克斯赫雷斯，成像技术集团-贝克曼研究所
化学品制造商经常使用酒精和苯等有毒溶剂制造药品和塑料等产品
研究人员正在研究一种以前被忽视和误解的现象，这种现象出现在制造这些产品的化学反应中
这一发现带来了对催化化学的新的基本理解，并为实际应用奠定了基础，有朝一日可能使化学制造不那么浪费，更加环保
这项由伊利诺伊大学香槟分校研究员大卫·弗莱厄蒂、明尼苏达大学双城研究员马修·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加速了许多化学反应，有助于最大限度地提高化学工业的产量和利润
然而，研究人员说，许多溶剂有毒，难以安全处置
水也起作用，但它远不如有机溶剂有效或可靠
这种差异的原因被认为是某些反应物在水中的溶解度有限
然而，实验数据中的多种不规则性使研究小组意识到这些差异的原因并没有被完全理解
为了更好地理解这一过程，该团队进行了分析氧气还原为过氧化氢的实验——一组使用水，另一组使用甲醇，另一组使用水和甲醇的混合物
所有实验都使用了钯纳米粒子
伊利诺伊大学化学和生物分子工程教授弗莱厄蒂说:“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，污垢状残留物附着在纳米颗粒上，增加了反应速度和过氧化氢的生成量，而不是阻碍反应
这一观察让我们想知道它会有什么帮助
" 研究小组发现，残留物或表面氧化还原介质含有含氧物质，包括一种关键成分羟甲基
该研究报告称，它会在钯纳米粒子表面积累，并开启新的化学反应途径
“一旦形成，残留物就成为催化循环的一部分，并可能导致过去40年来对这一反应的研究中报道的不同溶剂的效率，”弗莱厄蒂说
“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，并且它们可以解释这种化学物质过去的许多谜团
" 通过多种类型的实验和计算模拟，研究小组了解到，这些氧化还原介质可以有效地将质子和电子转移到反应物中，而纯水中的反应很容易转移质子，但不能转移电子
研究报告称，这些介质还改变了纳米粒子的表面，降低了质子和电子转移需要克服的能量障碍
“我们表明醇溶剂和有机添加剂可以反应形成金属结合的表面介质，其作用方式与我们体内的酶辅因子催化氧化和还原反应的方式非常相似，”Neurock说
此外，这项工作可能会减少化学工业中使用的溶剂和产生的废物
“我们的研究表明，在某些情况下，化学生产者可以通过向纯水中添加少量添加剂来形成表面氧化还原介质，而不是通过这些反应器泵送数千加仑的有机溶剂，”弗莱厄蒂说
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