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納米反應器中實現“閃電級”電場精準調控化學反應

時間:2019-06-24 10:18:22 來源:科技日報

  閃電是大自然中一種神奇而又具有巨大能量的現象,而在閃電中,局部的電場強度可以達到每米100萬伏特以上,在這樣的強電場下,一系列化學反應都可以發生。科研人員也在思考,能否制造出這樣的強定向電場來實現對化學反應的精準調控從而為人類服務。


  記者23日從廈門大學獲悉,該校洪文晶教授團隊與程俊教授、田中群教授、夏海平教授、白敏冬教授和蘭州大學張浩力教授團隊合作,在國際上首次利用高達每米1億伏特的高強度定向電場,在納米尺度的反應器中實現了對單個分子化學反應速率的選擇性調控,為未來基于清潔能源的綠色化學合成提供了新思路。該研究成果22日在線發表于國際期刊《科學·進展》上。


  化學反應的選擇性調控因可以實現綠色、經濟的化學品生產而成為化學化工研究人員長期追求的目標,而定向電場催化是具有高效調控能力的綠色技術之一。理論化學家預測,通過改變外加電場方向與化學反應中活化的化學鍵方向的夾角,可以選擇性調控化學反應,以進行高效清潔的綠色化學合成。然而,這一理論預測遲遲無法被實驗所證實。


  針對這一挑戰,該研究團隊在國際上率先研發了高強度定向電場下研究化學反應速率的精密科學儀器技術,將單個有機分子定向地連接在兩個原子級尺寸的電極之間,從而解決了化學反應中分子的朝向控制問題。在這一過程中,研究人員獲得了對單個分子能產生一個強度比閃電中電場強度高出2到3個數量級的高強度定向電場,并發現在一個納米尺度的反應器中,施加的高強度定向電場對于電場在反應軸方向有分量的化學反應,在反應速率方面有超過一個數量級的顯著提升。


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