配对方法

在研究,可能有一天允许由生物质,而不是氢气作为燃料的燃料电池,威斯康辛麦迪逊实验室的大学已经发现一对氧化具有显著更好的能量效率醇催化剂。

醇是在生物量丰富的有机的化学品,从纤维素和糖到木质素,植物茎和树木的木质部分的宽基。这项研究成果发表今日(2016年6月27日)在Nature杂志上,研究醇的“电化学”氧化。这个过程将化学存在于这些有机分子转化为电能的能量。

“当有机分子发生化学反应,通常是使电子更有效地在对移动,”说 香农斯塔尔,化学教授。 “但是许多催化剂,尤其是那些铁,铜等丰富的元素组成的,仅在以时间穿梭一个电子有效”。

香农斯塔尔 阿尔塔瓦兹德badalyan

在他们的实验室,斯塔尔和博士后研究员阿尔塔瓦兹德badalyan早期的研究大楼确定了“合作的”催化剂,能够移动两个电子,使用不超过移动一个电子所需要的更多的能量的两个组成部分。

在能量方面,斯塔尔说,“我们得到两个为一个的价格,我们可以相对最广泛使用的催化剂的一半伏保存。在燃料电池中,这是能量的节约显著“。

这项研究是由斯塔尔的以前使用氧选择性氧化在药物生产配位化合物催化剂的发现的启发。斯塔尔开始想,为什么催化剂是如此选择,并发现特殊选择性连接到催化剂的作用机制独特。 “它发生,我认为是什么使这个催化剂的选择性,从而也可以使我们节省能源电化学醇的氧化。”

向提前一个关键是电子和质子的同时移动。 “你可以得到,如果电子和质子,因为你避免电荷积聚,它的价格能一起移动更多的能源效率,”解释badalyan。类似的醇氧化的机制在自然界中发生所谓的半乳糖氧化酶的酶,其在氧化的糖醇基团。

通过badalyan和斯塔尔提出的催化剂系统由两个不同的分子。一个被称为节奏,另一种是含有铜的分子。 “该共催化剂体系代表了一类独特的电催化剂为醇的氧化的,” badalyan说。

这项研究是由赞助商 大湖生物能源研究中心。新的铜/拍子催化剂在工作的过程中被发现集中于醇的氧化在木质素,造纸的硬使用的副产物。 斯塔尔早期工作 已经表明,氧化方法能促进木质素转化成有价值的化学品。

“如果你要使用的电化学方法用于生物质转化,电力问题的成本,”斯塔尔说。 “在更节能,你可以做的过程中,降低总体费用会”。

大卫·特南鲍姆,大学通信

照片在顶部:用于证明对醇的氧化新的催化剂减少的过程中所需要的能量的量的装置。 (来源:大卫·特南鲍姆)