点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:“美帅酷飒”!绿色化学“她力量”
首页> 科普频道> 科普头条 > 正文

“美帅酷飒”!绿色化学“她力量”

来源:中国科学报2022-03-08 11:11

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  二氧化碳的化学转化作为一种合理利用碳资源、实现碳循环的重要途径,受到全球科学家的高度关注。在化学家看来,碳原子与氧原子相连形成的“碳-氧键”能量过高,成为二氧化碳转化的掣肘,也是绿色化学领域的难题之一。

  日前,中国科学院化学研究所(以下简称化学所)研究员张建玲等研究人员采用了一种有“离子液体”参与的新策略,提升了二氧化碳电还原为乙烯的效率。这项工作近期在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上线。

  值得注意的是,张建玲所在的化学所胶体、界面与化学热力学实验室有一支以女研究员为主的研究队伍,硬核“围攻”可再生资源转化中的难题,成为绿色化学领域中一股特别的“她”力量。

  化学所胶体、界面与化学热力学实验室一支以女研究员为主的研究队伍合影(化学所供图)

  “离子液体”立功

  二氧化碳经由电化学反应制备乙烯,近年来成为绿色化学领域的研究热点。实验室中,科学家利用电解池装置在阴极通入二氧化碳制得乙烯等还原产物。

  不过,这一反应中乙烯的选择性不高成为科学家面临的共同难题。“铜基催化剂具有独特的优势,但乙烯的高选择性仍受到限制,反应还会生成一氧化碳、甲烷等产物,制备乙烯的效率亟待提高。”张建玲告诉《中国科学报》记者。

  这主要是由于二氧化碳的化学性质稳定,特别是其中的“碳-氧键”键能高,其活化转化较为困难。也就是说,需要较高的能量去破坏碳原子与氧原子的连接,让它与氧原子“分手”转而与碳原子、氢原子“牵手”。

  为此,张建玲用上了“离子液体”,这是一种完全由离子组成的液体。最新发表的研究中,研究人员将离子液体负载在铜基电极材料上,实现了高效二氧化碳电化学还原制备乙烯。

  进一步实验和理论研究表明,通过离子液体与铜原子之间的相互作用,优化了铜的局域配位环境,使得活性中间体*CO 进行二聚反应所需的能量降低,从而更加有利于乙烯生成。

  论文写道:“在水基电解质和常用的H型电解池中,-1.49 V 电压下,乙烯法拉第效率达到77.3%。”而对于没有离子液体负载的铜基电极材料来说,相同条件下的乙烯法拉第效率仅为31.2%。

  研究人员将离子液体负载在铜基电极材料上,实现了高效二氧化碳电化学还原制备乙烯(张建玲研究团队供图)

  不过,张建玲坦承,本次发表的实验结果仅仅代表在实验室走出了第一步,在选择性、电流密度、稳定性等方面距离工业应用还有很长的路要走。

  张建玲

  个个都“能打”

  张建玲不是一个人在战斗,她和实验室的几位女同事先后师从中国科学院院士韩布兴,组成硬核“女团”,联手“围攻”包括二氧化碳、生物质等在内的可再生资源化学转化问题,取得的系列成果频登高水平期刊。

  她们个个都很“能打”,科研实力“美帅酷飒”。研究员刘志敏是团队的绝对主力,她长期致力绿色溶剂设计、性质及其调控催化可再生碳资源化学转化研究,发表过300多篇论文。近期,她带领的课题组发现了离子液体阴、阳离子氢键对醇类物质氢氧键和碳氧键的协同活化新机制,首次提出了氢键催化醇类物质脱水制备醚类化合物的绿色方法,登上《科学进展》(Science Advances)。

  刘志敏告诉《中国科学报》:“基于生物质的醇类化合物是丰富的可再生碳资源,同行们认为我们发表的研究是与现有酸催化并行的新路线,具有光明的应用前景。”

  2022年初,刘志敏与同事们获得国家自然科学基金创新研究群体项目“绿色溶剂体系设计、性质与功能”支持,开启她们科研之路的新征程。“我们将充分利用绿色溶剂特性进行可再生碳资源的资源化转化研究,为实现双碳目标贡献力量。”她表示。

  刘志敏

  研究员刘会贞将研究对象锁定在生物质平台分子之一5-羟甲基糠醛上。最近,科研人员同样基于“碳-氧键”活化,实现了在温和条件下用5-羟甲基糠醛选择性加氢制备5-甲基糠醛和2,5-二甲基呋喃,这两种化合物都是重要的、潜在的有机合成中间体。研究成果分别先后发表在《自然-通讯》(Nature Communications)和由中国科学院青年创新促进会和Cell出版社合办的综合性英文期刊《创新》(The Innovation)上。

  刘会贞表示,“C-O键选择性活化是5-羟甲基糠醛催化转化过程中的核心科学问题。我们的工作不仅为生物质转化提供了新的反应路线,更为化学键的定向活化提供了新方法”。

  刘会贞

  此外,研究员朱庆宫也致力于电化学和绿色化学方面的交叉研究工作,发展了一些电催化二氧化碳与水反应制备重要化学品和燃料的新方法。

  绿色化学领域内的专家看来,“女团”成员上述的研究采用了不同的策略,构建新体系、建立新方法、发展新反应,结合先进的研究手段,围绕碳-氧键活化转化,开展了原创性、系统性的工作。

  美丽坚韧的“担当”

  每个“女团”通常都有各种角色“担当”,绿色化学的“女团”里也一样。“张老师是‘穿搭’担当,好看的衣服都领着我买。”采访中,刘会贞拍了拍张建玲的肩膀直言。

  “80后”的刘会贞最年轻,在“70后”张建玲和“60后”刘志敏面前,算得上是“年龄”担当。但年轻也有年轻的烦恼,她说:“我2015年回国,工作上、生活上都会有很多困难。”于是,“经验”担当刘志敏、张建玲成了她的知心姐姐,无论什么困难都倾力相助,连孩子都帮她带过。

  总之,工作中互相支持,生活上彼此关照,她们躬身践行着化学所“创新、求是、团结、奉献”的所风所训和实验室“绿色、敬业、创新、和谐”的室风室训。

  鉴于她们在科研中的突出表现,刘志敏、张建玲曾先后获得中国科学院“巾帼建功”先进个人,“绿色溶剂性质与应用研究团队”也获第十六届中国青年女科学家奖团队奖,入选科技部创新人才推进计划重点领域“可再生碳资源清洁高效转化”创新团队。她们表示:“作为‘国家队’‘国家人’,我们始终心系‘国家事’、肩扛‘国家责’。”

  当然,对于职业女性而言,如何平衡工作和生活是一个永恒的话题。在她们看来,新时代的女性科学家不止要接受勇攀高峰的挑战,也要以健康美丽、知性优雅展现时代风貌。“工作和生活兼顾,做美丽、坚韧的新时代职业女性。”刘志敏强调。

  有趣的是,在母亲的角色里,她们从不“鸡娃”,而是让孩子们看到她们“鸡自己”后,激发出学习的内在动力。“亲测有效。”谈到各自已经长大的女儿,刘志敏和张建玲都很自豪。而刘会贞4岁的儿子因为长期被“扔”在实验室已经可以熟背元素周期表,在化学所被传为一段佳话。(甘晓 李丹)

  相关论文信息:

  1、https://doi.org/10.1002/ange.202200039

  2、https://doi.org/10.1126/sciadv.abg0396

  3、https://doi.org/10.1038/s41467-020-20878-7

  4、https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100189

[ 责编:张蕃 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 中朝新鸭绿江大桥开通仪式举行

  • 一箭十星 朱雀二号改进型遥四运载火箭发射成功

独家策划

推荐阅读
“戈壁荒滩老风口,飞沙走石雁不留。托里县老风口蝶变的三部曲,为生态脆弱地区推动高质量发展、树立和践行正确政绩观,提供了深刻启示。树立和践行正确政绩观,就要算大账、算长远账、算整体账,既做显功、也做潜功,把生态优势转化为发展优势、民生福祉。
2026-10-15 09:51
常压下,水到0℃会结冰,这就是人们熟悉的相变,0℃即是相变的临界点。两篇论文的共同通讯作者、宁波东方理工大学助理教授余雪佳,把这个难题比作“在沸水中完好保存一件冰雕”。
2026-10-15 09:49
长久以来,古生物学界与教科书普遍认为琥珀皆源自种子植物(裸子或被子植物),最古老的确切记录定格在美国约3.2亿年前的石炭纪晚期。
2026-10-15 09:48
在芯片制造、航空发动机等高端硬核制造领域,技术迭代具有长周期、累积性、阶梯式特征,遵循循序渐进、层层突破的线性攻关规律。新征程上,持续深耕创新生态建设、迭代升级现代化创新体系,必能培育形成扎根中国、联通世界、内生增长、开放共生的创新新格局。
2026-10-15 09:46
受困于“小散弱”的格局,长期以来,我国科技期刊在国际学术传播体系中缺少属于自己的“拳头产品”与平台话语权——“在精品化发展方面,经过70余年积淀,我国已形成以《中国科学》《科学通报》《国家科学评论》等刊群为代表的高水平期刊方阵。
2026-10-15 09:45
AI时代,科研的“源头活水”是什么?不是算力,不是数据,而是人对未知世界的好奇与追问。
2026-10-14 11:28
截至8月末,三家基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数7.04亿户,比上年末净增1365万户;三家基础电信企业及中国广电的移动电话用户总数18.49亿户,其中5G移动电话用户13.11亿户。
2026-10-14 09:34
自然资源部会同国家发展改革委12日发布《矿产资源目录》。自然资源部矿产资源保护监督司负责人表示,矿产资源目录是矿产资源管理制度的重要基础,是制定矿产资源规划、实施矿业权管理、规范矿产资源勘查开采行为、征缴矿产资源税费、制定产业政策等工作的依据。
2026-10-14 09:40
与共康村相邻的巴达村,是第一批参与试种的村,也是西藏首个高海拔水稻实测亩产破千斤的村子,村民把“海拔3175米种水稻”写进村史。一粒水稻种子,不只改写了亩产数字,更改变了“西藏水稻只能在察隅、墨脱海拔1500米以下种植”的历史,为高原水稻纳入地方主粮增添可能。
2026-10-14 09:41
如今,AI正改变许多行业的底层逻辑,固守单一思维模式将面临严峻挑战,文理兼备、跨界融合才是稀缺能力——既有理科生的技术思维和逻辑能力,又有文科生的人文洞察和情感素养。未来更有竞争力的,可能不是最典型的文科生或理科生,而是既有专业深度,又能跨学科解决问题的人。
2026-10-14 09:48
不久前,在海南三亚崖州湾科技城,一场名为“青年π”的海洋主题对话临海开讲。高频下潜试出的不只有装备可靠性,也不断刷新人们对深海的认识。同一园区,由哈尔滨工程大学南海研究院孵化的海南水之声海洋科技有限公司,正给海洋装备搭水下“Wi-Fi”。
2026-10-14 09:49
目前各地正在开展流感疫苗接种。今年开始,国家对农村地区“一老一小”重点人群实施免费接种等相关支持性政策。为什么要接种流感疫苗?去年接种过,今年是否还需要接种?到哪里接种?
2026-10-13 10:03
我国城市盲道总里程以万公里计,公共场所无障碍设施持续铺开。数字世界的“盲道”畅通起来。精神文化的“视界”也在扩大。中国传媒大学师生发起的“光明影院”项目,近十年间每年制作上百部无障碍电影,把电影送到视障朋友耳边,今年还走进联合国教科文组织总部举办专场放映。
2026-10-13 10:01
记者近期从中国互联网络信息中心获悉:截至今年上半年,我国生成式人工智能用户规模超7亿人,普及率超50%。
2026-10-13 09:58
高校辅导员队伍建设要把握高校思政工作的“变”与“不变”,着眼于增强辅导员对人工智能的趋势感知力、技术理解力、实践创新力和伦理判断力,将政策理念、形势挑战、技术发展、实践案例相结合,精心设计课程,切实增强人工智能赋能质效,全时空陪伴“数字一代”。
2026-10-13 09:57
今年10月12日,是我国首批国家公园设立五周年。五年来,各国家公园统筹推进山水林田湖草沙一体化保护和系统治理,实施栖息地修复、生态廊道连通、人为活动管控等系列举措,区域生态本底持续巩固。
2026-10-13 09:51
巴山蜀水,苍茫山林间,大熊猫安然栖息,川金丝猴、珙桐等同域珍稀动植物共生于此。多年前,栖息地面积缩减一度令大熊猫濒临灭绝;圈养大熊猫也长期面临繁殖难、育幼难等难题,维系大熊猫种群数量极为不易。
2026-10-12 10:09
近年来,河北省唐山市丰南区积极调整农业结构,引导农户发展特色农业,通过“南果北移”“南苗北育”模式,引进优良甘蔗品种种植,促进农业增效农民增收。图为10月11日,唐山市丰南区黄各庄镇宣庄六街的农民在田间收获甘蔗。
2026-10-12 10:08
加拿大外长阿南德也表示,北极在关键矿产、能源、交通等方面拥有巨大潜力,但关键在于要让“当地人受益”。赵隆指出,特朗普2025年重返白宫后美国再度退出《巴黎协定》,加深了其与盟友在气候政策上的分歧。
2026-10-12 10:07
6时30分起,各类等待审核、签发的预报预警材料堆满了陈涛的案头;一个半小时后,全国天气会商准时开始,陈涛快步走上首席预报发言岗位——多方预报意见不断交汇,最终产生预报结论。
2026-10-12 10:07
加载更多