刘天宇-化学科学博客 - 新利手机客户端

作者档案

碳涂层有助于减少镍表面的二氧化碳

18十二月2018

还原CO_二将二氧化碳或碳氢化合物转化为燃料是减少温室气体净排放和缓解气候变化的一个有前途的战略。CO_二还原反应，然而，是一个耗资巨大的过程。因此，一氧化碳_二还原催化剂是提高一氧化碳含量的必要手段。_二转换效率和最大限度地减少整体能源需求。

研究人员正在开发高性能但价格低廉的一氧化碳。_二还原催化剂。贵金属，如金，Ag和Pd表现出高CO_二-到一氧化碳转化效率，但其稀缺性制约了其大规模的实用性。金属铁，钴和镍在减少钴中起作用。_二因此，已被确定为贵金属催化剂的替代品。

最近在化学。SCI。，由北京化工大学的孙振宇和韩国先进科学技术研究所的郑友成领导的一组科学家推动了该计划的实施。新利手机客户端_二-镍金属还原活性达到一个新高度。研究人员通过在氩中热解镍基金属有机骨架（MOF），合成了碳支撑的镍纳米晶体。所得的镍纳米粒子的平均直径约为30纳米，并嵌入到n掺杂的碳支架中（图1a）。每个纳米颗粒都均匀地涂上一层薄薄的非晶碳（图1b）。

图1。（a）碳支撑镍纳米粒子的元素映射。绿点和蓝色区域是镍纳米颗粒和碳基质，分别。（b）显示镍纳米颗粒表面薄碳涂层的扫描透射电子显微镜图像。（c）不同应用电位下的二氧化碳对一氧化碳转换效率。ni-nc_atpa@c和ni-nc_tpa@c是碳支撑的ni纳米颗粒，来源于具有2-氨基对苯二甲酸和对苯二甲酸有机连接体的mofs，分别。nc atpa@c是从atpa中提取的无镍碳粉末。

CO_二-对于共转化效率，这些镍-碳纳米复合材料是最高的碳支持的镍纳米颗粒。最好的镍催化剂在0.59V的过电位下达到了约94%的最大效率。尽管先前报道过镍碳催化剂的效率通常低于25%。转化效率的显著提高与薄碳涂层有关。该涂层可防止镍纳米颗粒与水性电解质直接接触，从而将氢的析出反应降到最低，降低转化效率的副反应。

这项工作强调了表面碳层在促进二氧化碳排放方面的作用。_二-纳米镍的还原活性。碳涂层战略可以扩展到其他低成本过渡金属，这可能导致各种成本效益的合作_二-还原催化剂。

要了解更多信息，请阅读：

碳支撑镍纳米颗粒用于高效CO_二电还原

明文佳崔昌贤，大成武，Chen Ma彭康，衡聪涛Qun Fan宋红，石振柳Yun Liang Soo杨成中，邱介山、孙振宇

化学。SCI。，2018，9，875-880

抗体走出博客：

刘天宇获得博士学位。（2017）加州大学新利手机客户端化学专业，美国的圣克鲁斯。他热衷于科学传播，向公众和具有不同研究专长的科学家介绍尖端研究。他是一个博客作家化学。公社。和化学。脊髓损伤.有关他的更多信息，请访问网址：liutianyuresearch.weebly.com/.

没有评论

如何稳定钾离子电池中的铋？加盐！

16六月2018

现代社会对消费电子产品的大规模生产和广泛需求要求价格低廉的电池。钾离子电池是锂离子电池的经济替代品之一。因为钾的成本远低于锂。然而，这些类型的电池尚未上市，部分原因是缺乏高性能、稳定的阳极材料。铋是一种有前途的钾离子电池正极材料。因为它的理论电荷存储容量远高于传统的电荷存储容量。不幸的是，其耐久性差，严重影响其适用性。

目前，通过提高电解质浓度，已成功地解决了铋的缺点。这一突破，由孙传福和中国科学院同事演示，新利手机客户端中国最近发表于化学科学新利手机客户端.

Sun和同事研究了电解质浓度与双纳米颗粒电荷储存性能稳定性之间的相互作用（图1a）。他们确定了溶质的最佳浓度，双（三氟甲基磺酰）酰亚胺钾，5米。在这种情况下，双表面的不可逆电解质还原反应电阻最大。从而延长了双电极的使用寿命。此外，浓电解质使还原产物薄层沉积在双表面。这使得电解质中的离子很容易穿透表面涂层并与封装的双纳米颗粒相互作用，保持bi的固有高容量（图1b）。其他浓度会导致电池快速故障或显著降低容量。

图1.（a）双纳米颗粒的扫描电子显微镜图像。（b）双电极容量与不同电解质浓度的充放电循环数。CE：库仑效率。

这项工作创新了商业上可行的钾离子电池的设计和开发。提高电解液浓度的策略可能适用于解决与其他可充电电池相关的电极不稳定问题。

要了解更多信息，请阅读：

浓电解质稳定铋钾电池

茹丁张景泽宝王玉皇、孙传福

化学。SCI。，2018，doi:10.1039/c8sc01848k

关于博客：

刘天宇获得博士学位。（2017）加州大学物理化学专业，新利手机客户端美国的圣克鲁斯。他热衷于科学传播，向公众和具有不同研究专长的科学家介绍尖端研究。他是一个博客作家化学。公社。和化学。脊髓损伤.有关他的更多信息，请访问网址：liutianyuresearch.weebly.com/.

没有评论

欢迎新成员加入铝电池家族

20军2018

余和昆士兰大学的同事们，澳大利亚引进了一种铝硒电池，作为可充电铝离子电池家族的新成员。此电池报告化学科学新利手机客户端每克硒的容量为178 mAh，放电电压高于1.5伏，寿命令人满意。

铝离子电池作为新一代的储能装置越来越受到人们的关注。它们可能比锂离子电池更便宜、更安全，由于铝的天然丰度和天然氧化物表层的存在，分别。阻碍铝离子电池广泛应用的主要挑战之一是缺乏可行的阴极材料。以前研究过的阴极具有低电荷存储容量的缺点，放电电压低，导电性差或化学不稳定。

灵感来自硫磺，余和同事选择硒作为铝离子电池的阴极材料。硒比硫具有更高的导电性和更低的电离电位，有望提高电池的储能能力。然而，硒的一个主要缺点是电池充电时产生的氧化产物，硒_二氯_二，能在电解液中迅速溶解，导致电池故障。解决这一问题将使硒成为一种有前途的铝离子电池阴极。

为了解决这个问题，作者介绍了一种叫做CMK-3的介孔炭。能够物理吸附硒的纳米棒_二氯_二.阴极，由硒纳米线和CMK-3纳米颗粒组成，因此预计将提高电池的寿命，正如任何SE_二氯_二所产生的物质将被限制在CMK-3的孔隙中（图1）。

图1.说明CMK-3捕获硒能力的示意图_二氯_二.下面的化学方程式显示了硒在充放电过程中如何与铝反应。

果不其然，这些铝硒电池性能稳定。在100 ma/g下连续50次充放电循环后，它们保留了超过80%的初始容量（图2a）。此外，电池的放电容量达到了每克硒178 mAh（100 mA/g）。放电电位在1.5 V以上（图2b）。

图2.（a）不同电流密度下每个循环的Al-Se电池的比容量。（b）电池电位随2号电池比容量的变化，第五，第十，第30次充放电循环。

这些有希望的Al-SE电池可以鼓励未来的工作，继续在开发负担得起和耐用的铝离子电池方面取得进展。

要了解更多信息，请阅读：

高容量可充电铝硒电池

萧丹皇刘洋晁柳俊张欧文·努南和程仲宇

化学。SCI。，2018，doi:10.1039/c8sc01054d

关于博客：

没有评论

表面电荷决定了将蛋白质封装到Zif-8金属有机框架中的成功。

24 APR 2018

澳大利亚阿德莱德大学和格拉茨理工大学的科学家最近在蛋白质化学方面取得了突破。新利手机客户端他们揭示了成功地将蛋白质封装到金属有机框架（mofs，一个高度多孔的有机金属配位分子家族）是蛋白质的表面电荷。他们的作品最近发表在化学科学新利手机客户端.

将蛋白质封装到mofs中，称为“仿生矿化”的过程，是保护和保存蛋白质的有效方法。这一过程通常是通过混合蛋白质和MOF的前体来启动的。MOF开始在蛋白质表面生长，最终完全覆盖蛋白质。随着MOF的生长开始于蛋白质表面的成核，表面性质对控制封装速率和封装质量起着重要作用。不幸的是，蛋白质表面与MOF生长之间的相互作用还不清楚，导致反应效率低下，需要过量的MOF前体和较长的反应时间。

作者首次论证了表面电荷是影响仿生矿化可能性的关键因素之一。明确地，他们发现具有强负电荷表面的蛋白质，比如胃蛋白酶和牛血清白蛋白，我们能够自发地融入Zif-8（基准财政部）。相反地，表面自然带正电荷或轻微带负电荷的表面，包括血红蛋白，不能与Zif-8形成复合材料。作者进一步表明，改变表面电荷可以允许或禁止封装。例如，血红蛋白的赖氨酸基团与琥珀酸酐反应后，血红蛋白表面变得更加阴性，Zif-8现在可以很容易地包裹蛋白质（图1）。表面电位阈值诱导仿生矿化被确定为-30毫伏。

图1.血红蛋白和牛血清白蛋白的仿生矿化示意图。表面带有轻微负电荷的血红蛋白不能与Zif-8形成复合物。但在琥珀酰化或乙酰化后变得活跃，使其表面带有强烈的负电荷。相反地，具有强负电荷表面的牛血清白蛋白很容易与Zif-8结合，但当它的表面通过胺化而变得较低的负电荷时，它就失去了活性。

上述观察的机制是由于蛋白质表面和锌之间的静电吸引。^{2 +}，财政部的前体之一。表面电荷越负，锌越容易^{2 +}会附着在蛋白质表面并聚集在蛋白质表面。吸附态锌^{2 +}离子然后作为MOF在蛋白质周围生长的成核位点。这一假设得到了许多控制实验的证实，也得到了计算研究的验证。

这项研究强调了蛋白质表面的潜力，作为一个关键因素，在其能力诱导仿生矿化与财政部。这一结论有可能推广到蛋白质以外的生物分子。（例如病毒和细胞）以促进它们与各种MOF的结合。

要了解更多信息，请阅读：

蛋白质表面功能化作为促进Zif-8仿生矿化的一般策略

娜塔莎·K。马迪根Andrew Tarzia戴维M黄克里斯托弗J。苏比史蒂芬G贝儿保罗·法尔卡罗和克里斯蒂安·J。杜南

化学。SCI。，2018，doi:10.1039/c8sc00825f

关于博客：

没有评论

测量氢键强度

19 OCT 2017

第一次，一群来自加利福尼亚大学的科学家，美国圣地亚哥定量测量了两个复杂分子之间氢键的强度。他们还观察到在没有和存在电子转移的情况下，键强度的异常趋势。这项工作有助于理解氢键强度如何变化，揭示生物系统功能的一个重要点。

氢键是氢原子与某些高电负性原子之间的一种静电引力，包括N，O和F.这些键有助于将单个水分子结合在一起，使水在室温下保持液态，生命起源的关键条件。

研究人员，由教授领导。Kubiak选取两个氢键结合的钌基配合物作为研究平台。如图1所示，根据两端是否带电，两分子系统有三种状态：两端不带电时的中性状态（左）。只有一端带负电荷时的单还原态（中间）当两端带负电荷时的双还原态（右）。该小组利用红外光谱技术，紫外-可见光谱和电化学测量，以实验测定这些不同氧化还原状态下氢键的强度。

研究结果表明，中性态和双还原态的氢键能在2.56-2.88 kcal/mol和4.50-4.63 kcal/mol范围内。分别。令人惊讶的是，单电荷态的氢键能量不在中性态和双还原态之间。从7.78千卡/摩尔到8.31千卡/摩尔，表明氢键比中性和双还原态强得多。作者将这种异常归因于电子转移带来的增强作用。即，负电荷在两端之间的运动。

这是首次证明电子离域可以显著提高氢键强度。

图1。一个示意图，显示了单还原态（中间）的氢键强度，中性状态（左）和双还原状态（右）。[注：在本图中，国家越低，它的氢键越强。电子转移。]

要了解更多信息，请阅读：

电子转移对氢键稳定性的影响

泰勒MPorter加文·P·PHeim和Clifford P.库比克

化学。SCI。DOI：10.1039/C7SC03361C

关于博客：

刘天宇博士。化学专新利手机客户端业毕业于加州大学，美国的圣克鲁斯。他热衷于科学传播，向公众和具有不同研究专长的科学家介绍尖端研究。他是化学。公社。和化学。SCI。博客网站。有关他的更多信息，请访问网址：liutianyuresearch.weebly.com/.

没有评论

用磷酸在金属有机骨架晶体上钻孔

12 SEP 2017

孔径可调多孔材料的合成一直是材料研究的一个挑战。这些材料，尤其是具有大量不同大小孔隙的分层多孔材料，是有吸引力的催化剂，电池电极，和来宾分子宿主等.一个理想的分层多孔材料的合成协议应该是容易的，并且能够在大尺寸范围内微调孔径，并且能够保持结构完整性。不幸的是，目前开发的方法要同时实现上述三个特征是非常具有挑战性的。

最近，这一挑战已由金正勋和韩国基础科学研究所和韩国浦项科技大学的同事解决。新利手机客户端他们针对金属有机框架的战略，由相互连接的金属-有机复合物构成的一系列多孔晶体材料，作为起始材料。选择磷酸选择性地分解构建块并形成直径可调的孔（图1）。详细的合成程序发布在化学科学新利手机客户端.

图1.演示策略的主要步骤的示意图。

作者特别以八面体形状的mil-100（fe）MOF晶体为例，结果表明，该方法仅需磷酸水溶液，即可将原始的光滑晶体转化为多孔晶体。此外，简单地改变磷酸的浓度就能将所产生的孔的直径从2.4纳米调整到18.4纳米（图2）。

图2.不同MOF的扫描电子显微镜图像和孔径分布（仅显示大于2 nm的孔）：（a）未处理的mil-100（fe）和磷酸浓度为（b）20 mm的酸处理的mil-100（fe）。（c）40毫米，（d）60 mm和（e）80 mm。所有比例尺代表200纳米。

结构演化分析表明，刻蚀过程最好是通过切割（2 2 0）晶体平面上六角形窗口周围金属核与有机配体之间的配位键开始的。进一步传播，挖掘出mil-100（fe）的内部。在表面形成孔隙。

该方法预计适用于其他MOF，并与适当选择的蚀刻剂相结合。从而使具有可裁剪多孔结构的层状多孔晶体易于为世界材料研究者所用。

要了解更多信息，请阅读：

中空MOF：通过选择性酸蚀形成具有可裁剪多孔性的分层微多孔和介孔MOF

Jaehyoung Koo在Chul Hwang，秀俊宇Subhadeep Saha金永辉和金正恩

DOI：10.1039/C7SC02886E

关于博客：

刘天宇博士。化学专新利手机客户端业毕业于加州大学圣克鲁斯分校。他热衷于科学传播，向公众和具有不同研究专长的科学家介绍尖端研究。他是化学。公社。和化学。SCI。博客网站。有关他的更多信息，请访问网址：liutianyuresearch.weebly.com/.

没有评论

用超分子组件模拟生物系统：更近一步

16八月2017

生物系统，如昼夜节律和离子泵，一般都能对化学刺激作出自主反应。这种能力是某些两亲性分子的根源。（即分子同时含有亲水和疏水部分），在刺激物存在的情况下可暂时改变其结构。近几十年来，构建具有活性的人工生物系统，与自然生物系统相似的适应性和自主行为已经成为一个热门话题。

超分子组装是最广泛探索的建筑材料之一。超分子组装是由非共价键（如DNA）连接在一起的复杂分子组成的系统。开发使用超分子组件的人工生物系统的主要技术障碍之一是获得具有两亲性的组件，并且在受到刺激时能够经历瞬间的结构变化。这种变化也应该是高度可逆和持久的。目前，广泛的研究工作致力于寻找能够应对上述挑战的候选人。

印度尼赫鲁高级科学研究中心的一个研究小组最近迈出了一步，并于年发表了他们的研究成果。化学科学新利手机客户端.他们发展出一种两亲性超分子基序，铸造的PN-VN折叠机，它可以在与氧化剂和还原剂接触时改变其结构。如图所示图1A，超分子基序的骨架由三部分组成。绿头是一个电子供体吡喃（Pn）。红色的尾巴是一种叫做紫精（VN）的电子受体，具有疏水性，蓝色的身体是一种柔韧的亲水性六乙二醇，连接电子供体和受体。

图1。（a）两亲性PN-VN折叠体的结构。（b）PN-VN折叠体的展开和折叠状态对应于薄片和囊泡形态，分别。

研究人员演示了PN-VN折叠机的组装模式。（图1B）使用两种化学燃料，二亚硫酸钠和葡萄糖，作为兴奋剂。转换过程如图2A.当不受干扰时，带负电荷的Pn（Pn^三-）带正电的Vn（Vn^{2 +}）通过电荷转移相互吸引，将整个分子链折叠成囊泡。当置于含有二硫代硫酸钠和葡萄糖的溶液中时，虚拟机^{2 +}二亚硫酸钠可以瞬间还原为自由基阳离子形式（VN⁺）减少会削弱电荷转移相互作用，随后将PN-VN囊泡展开成薄片。同时，由葡萄糖氧化酶（一种酶）催化，同一溶液中过量的葡萄糖可氧化VN。⁺回到原来的状态，导致折叠状态，恢复囊泡。如图所示，这种转变直接由透射电子显微镜确认。图2b.由于还原过程比氧化过程进行得快得多，据观察，PN-VN小泡首先会瞬间、逐渐地延伸至薄片，但在几分钟内会自动折叠回小泡。通过改变葡萄糖氧化酶的浓度可以很好地调节转化率。

图2。（a）囊泡和薄片之间的瞬态结构变化示意图。SDT：二亚硫酸钠；GOX：葡萄糖氧化酶。（b）囊泡（左）和薄片（右）的透射电镜图像。左边的插图显示了囊泡壁厚的分布。右面板中的插图是所选板材（比例尺：2μm）的共聚焦荧光显微镜图像。

要了解更多信息，请阅读：

化学燃料驱动构象响应对两亲性自组装的时间转换

Krishnendu Jalani，Shikha Dhiman安基特·杰恩，和苏比J。乔治

DOI：10.1039/C7SC01730H

作者简介：

没有评论

化学科学博客新利手机客户端

作者档案

碳涂层有助于减少镍表面的二氧化碳

如何稳定钾离子电池中的铋？加盐！

欢迎新成员加入铝电池家族

表面电荷决定了将蛋白质封装到Zif-8金属有机框架中的成功。

测量氢键强度

用磷酸在金属有机骨架晶体上钻孔

用超分子组件模拟生物系统：更近一步

链接

类别

档案室

元