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 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 粤港澳大湾区首台“华龙一号”核电机组投产发电

  • 第二十七届中国(寿光)国际蔬菜科技博览会开幕

独家策划

推荐阅读
记者从生态环境部获悉:近日,我国在酒泉卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将高精度温室气体综合探测卫星发射进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2026-04-21 10:34
中医药是中国古代科学的瑰宝,凝聚着中华民族几千年来的健康养生理念及实践经验。“十五五”规划明确提出,要“推进中医药传承创新”,法治作为治国理政的基本方式,能够为中医药传承创新提供坚实保障。要充分发挥法治的固根本、稳预期、利长远作用,以高水平法治赋能中医药传承创新,让中医药这一千年瑰宝在时代浪潮中焕发新的生机与活力,为健康中国建设注入强劲动能。
2026-04-21 10:31
当下,春播春管自南向北次第展开,正是决定一年收成的重要时节。广袤田畴上,各地各部门抢抓农时促生产,科技气息漫遍阡陌,一幅生机盎然的春景图全面铺展。向科技要产能,以智慧启春耕,农业新质生产力在田野间落地生势,成为做好春播春管的底气。
2026-04-21 10:29
网络上针对牛奶到底能不能空腹喝的讨论从不曾停止。如果你空腹喝牛奶后,半小时到两小时内出现腹胀、肚子咕咕叫、排气、腹泻,那很可能是乳糖不耐受。空腹喝牛奶不会“伤胃”,反而可能“养胃”。
2026-04-21 10:26
安徽合肥的科大国盾量子技术股份有限公司内,展出了各类量子移动安全应用产品。合肥近年来不断强化“沿途下蛋”机制,通过企业、资本、科技的融合,助力大科学装置诞生科技成果,并让其孵化走向市场。
2026-04-21 10:25
正值春耕关键期,河南滑县的万亩麦田里,种粮大户不再需要徒步巡查耕地,只需轻点手机,卫星遥感图便将田块边界、墒情分布与作物长势清晰呈现。
2026-04-20 09:51
在苏州大学江苏省先进负碳技术重点实验室,纳米科学技术学院博士生郁操正操作X射线光电子能谱仪,分析一块特殊的测试样品。张晓宏表示,学校将继续深化“学术大师+创新团队”模式,完善交叉课程体系,培养出更多能服务地方产业、对接国家战略、为新质生产力助力的拔尖创新人才。
2026-04-20 09:47
绿色设计不仅是实现碳达峰、碳中和目标的关键工具,更是推动产业转型升级、培育新质生产力的源头性驱动力。“十五五”规划纲要明确提出:“鼓励企业提高绿色设计和制造水平,降低产品全生命周期能源资源消耗和生态环境影响。
2026-04-20 09:44
当前,全球具身智能产业进入从实验室研发到产业化落地的关键跃升期,成为大国科技博弈的重点领域。具身智能产业横跨人工智能、高端制造、新材料、电子信息等多元领域,唯有系统集成、协同创新才能释放最大效能。
2026-04-20 09:43
飞机即将着陆,一位怀抱婴儿的年轻妈妈突然求助——她头晕、想吐。这本书是谭先杰沉淀十多年的健康传播实践心得,也是他投身医学科普以来,对“如何做好健康科普”进行的系统性梳理。
2026-04-20 09:54
4月10日,国家网信办、国家发展改革委、工业和信息化部、公安部、市场监管总局联合公布《人工智能拟人化互动服务管理暂行办法》,自2026年7月15日起施行。”  郑庆华表示,同济大学正在推进人工智能伦理、算法治理与安全测评研究,重点攻坚用户极端情境识别、情感边界引导、未成年人身份识别等关键技术。
2026-04-20 09:47
4月19日7时30分,2026北京亦庄半程马拉松暨人形机器人半程马拉松鸣枪开跑,人形机器人与人类跑者同时从起点出发。也有专家提醒,人形机器人正步入以场景落地为核心的攻坚期,大规模量产与普及仍面临诸多挑战。
2026-04-20 09:45
记者16日从中国科学院国家空间科学中心获悉,来自该中心等单位的科研人员,通过三维数值模拟首次揭示,月球内部的金属月核在“感受”到太空磁场突变时,会像电磁感应一样产生感应电流和感应磁场,这股力量会挤压月球周围的太阳风,在月球两侧边缘形成一道特殊的“压缩带”。这项研究不仅揭示了月球导电内核在太阳风与月球相互作用中的重要作用,也为未来探测月球内部结构提供了新依据。
2026-04-17 10:30
据中国载人航天工程办公室消息,北京时间2026年4月17日01时36分,经过约5.5小时的出舱活动,神舟二十一号乘组航天员张陆、武飞、张洪章密切协同,在空间站机械臂和地面科研人员的配合支持下,圆满完成空间碎片防护装置安装、舱外设备设施巡检等任务。
2026-04-17 10:30
今年4月17日是第三十八个世界血友病日,主题为“诊断是关怀工作的第一步”。我国血友病患者诊疗现状如何?如何早识别、早干预?患者在日常生活中如何做好管理和防护?
2026-04-17 10:21
截至2026年3月31日,29个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团共154个统筹地区完成上年度医保基金清算,覆盖率达全国统筹区总数的39%,超额完成试点任务。其中,吉林白山、浙江宁波等43个非试点地区主动对标试点标准同步完成清算任务。山东、宁夏、北京、河北、海南、天津、河南等7地完成全省(自治区、直辖市)清算。
2026-04-17 10:20
商务部新闻发言人何亚东在16日举行的新闻发布会上表示,外资研发中心是我国创新体系的重要组成部分。2月,财政部、商务部等部门共同印发了有关通知,继续对外资研发中心进口有关科研用品免征进口关税和进口环节增值税、消费税。
2026-04-17 10:13
中国科学院微小卫星创新研究院15日发布轻舟试验飞船首批科学成果:关键技术验证方面,飞船测试了密封结构、推进、惯性测量、热控环控等核心系统。
2026-04-16 09:24
此次飞行对多项关键技术进行在轨考核,同时搭载27项科学试验载荷,还携带近300件青少年科普作品和一件《马踏雄风》瓷马进入太空。
2026-04-16 09:22
15日9时50分,由中国航空工业集团自主研制的HH-200航空商用无人运输系统,在航空工业民机试飞中心渭南运营基地平稳降落,圆满完成首飞。
2026-04-16 09:21
加载更多