Свет это катализатор: Управление химическими катализаторами с помощью скульптурного света

Содержание

Управление химическими катализаторами с помощью скульптурного света

Ученые стремятся сделать химические реакции более эффективными, оптимизируя действие катализаторов, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Science.

Ученые стремятся сделать химические реакции более эффективными, оптимизируя действие катализаторов, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Science.

Роль катализаторов химической реакции состоит в том, чтобы ускорить процесс и выйти из него целыми. При этом, как правило, не все части катализатора участвуют в процессе. Но что, если бы можно было заставить не задействованные части катализатора принять участие? Химические реакции смогут происходить быстрее или эффективнее.

Материаловеды Стэнфордского университета во главе с Дженнифер Дионн сделали именно это, используя легкие и передовые методы изготовления и характеристики, чтобы наделить катализаторы новыми возможностями.

В эксперименте по проверке правильности концепции катализаторами служили палладиевые стержни, ширина которых составляла примерно 1/200 ширины человеческого волоса. Исследователи поместили эти наностержни над золотыми наноразмерными стержнями, которые фокусировали и «формировали» свет вокруг катализатора. Этот скульптурный свет изменил области на наностержнях, где происходили химические реакции с выделением водорода. Эта работа может стать первым шагом к более эффективным катализаторам, новым формам каталитических превращений и, возможно, даже катализаторам, способным поддерживать более одной реакции одновременно.

«Это исследование является важным шагом в реализации катализаторов, оптимизированных от атомных до реакторных, - сказал Дионн, доцент кафедры материаловедения и инженерии, ведущий автор статьи. - Цель состоит в том, чтобы понять, как с соответствующей формой и составом мы можем максимизировать реактивную площадь катализатора и контролировать, какие реакции происходят».

Чтобы просто наблюдать за этой реакцией, требовался исключительный микроскоп, способный визуализировать активный химический процесс в чрезвычайно малых масштабах. «Трудно наблюдать, как катализаторы меняются в условиях реакции, потому что наночастицы чрезвычайно малы, - сказала Кэтрин Ситву, бывшая аспирантка лаборатории Дионна и ведущий автор статьи. - Характеристики катализатора в атомном масштабе обычно определяют, где происходит преобразование, поэтому очень важно различать, что происходит внутри маленькой наночастицы».

Для этой конкретной реакции - и более поздних экспериментов по контролю над катализатором - микроскоп также должен был быть совместим с введением газа и света в образец.

Чтобы добиться всего этого, исследователи использовали просвечивающий электронный микроскоп для окружающей среды в Стэнфордском Нано-Совместном центре со специальной насадкой, ранее разработанной лабораторией Дионна, для проникновения света. Как следует из названия, просвечивающие электронные микроскопы используют электроны для изображения образцов, что обеспечивает более высокий уровень увеличения, чем классический оптический микроскоп, а экологические особенности этого микроскопа означают, что газ может быть добавлен в то, что в противном случае является безвоздушной средой.

«По сути, у вас есть мини-лаборатория, где вы можете проводить эксперименты и визуализировать происходящее на почти атомарном уровне», - сказал Ситву.

При определенных условиях температуры и давления палладий, богатый водородом, высвобождает свои атомы водорода. Чтобы увидеть, как свет повлияет на эту стандартную каталитическую трансформацию, исследователи настроили золотой наноразмерный стержень, разработанный с использованием оборудования на Стэнфордском совместном предприятии по нанотехнологиям и на заводе по производству нанотехнологий в Стэнфорде, чтобы он располагался под палладием и действовал как антенна, собирая входящие потоки света и направляя их к ближайшему катализатору.

«Сначала нам нужно было понять, как эти материалы трансформируются естественным образом. Затем мы начали думать о том, как мы могли бы модифицировать и фактически контролировать, как изменяются эти наночастицы», - сказал Ситву.

Без света наиболее реактивными точками дегидрирования являются две вершины наностержня. Затем реакция проходит через наностержень, по пути выделяя водород. Однако с помощью света исследователи смогли управлять этой реакцией так, чтобы она распространялась от середины наружу или от одного наконечника к другому. Основываясь на расположении золотого наностержня и условиях освещения, исследователям удалось создать множество альтернативных горячих точек.

Эта работа - один из редких примеров, показывающих, что можно настроить поведение катализаторов даже после их изготовления. Это открывает значительный потенциал для повышения эффективности на уровне одного катализатора. Один катализатор может играть роль многих, используя свет для выполнения нескольких одинаковых реакций на своей поверхности или потенциально увеличивая количество участков для реакций. Контроль света также может помочь ученым избежать нежелательных посторонних реакций, которые иногда возникают.

[Фото: eurekalert.org]

Солнечный катализатор – Наука – Коммерсантъ

Ученый химического факультета Томского государственного университета Григорий Мамонтов при поддержке гранта президента России работает над созданием нового класса катализаторов, которые будут действовать по принципу фотосинтеза, то есть позволят синтезировать полезные химические соединения под действием видимого света. Использование фотокатализаторов выгодно экономически, поскольку не требует высоких температур и давления. Главным условием действия таких материалов является наличие естественного света или его имитации.

— Большинство каталитических процессов сегодня реализуются в промышленности при повышенных температуре и давлении. Для обеспечения высокой активности и селективности катализаторов используются дорогостоящие компоненты — золото, платина, палладий,— говорит автор проекта, научный сотрудник лаборатории каталитических исследований химфака ТГУ Григорий Мамонтов.— Одними из ключевых вызовов, стоящих перед химиками, являются снижение содержания или полный отказ от дорогостоящих благородных металлов в катализаторах и дальнейшее смягчение условий протекания каталитических процессов. В идеале катализатор должен работать при атмосферном давлении и комнатной температуре, при этом его селективность желательно довести до 100%, как в живых организмах (ферментативный катализ).

— На первом этапе проекта химическими методами будет синтезирован оксид графена, а также восстановленный оксид графена,— продолжает Григорий Мамонтов.— Метод достаточно трудоемкий, тем не менее предполагается его получать химически, а не приобретать оксид графена, полученный физическими методами.

На следующем этапе будут изготовлены образцы катализаторов на основе оксида графена, содержащие наночастицы серебра и оксид церия. Комбинирование в одном материале плазмонных наночастиц серебра, поглощающих видимый свет, оксида церия, являющегося полупроводником, и проводящей подложки на основе восстановленного оксида графена должно способствовать протеканию селективного фотокаталитического процесса.

Наночастицы серебра (Ag) и оксида церия (СеО2) на поверхности восстановленного оксида графена (rGO), на котором под действием света видимого диапазона (Vis) протекает реакция восстановления нитрофенола в аминофенол

Каталитические (в темноте) и фотокаталитические (при дополнительном облучении лампой, имитирующей солнечный свет) свойства катализаторов протестируют в реакции восстановления нитрофенола в аминофенол. Эта реакция является модельной, однако в перспективе ученые планируют расширить спектр химических реакций, которые могли быть проведены с таким типом катализаторов.

— На данном этапе исследования носят фундаментальный характер и направлены в первую очередь на выявление особенностей получения новых функциональных материалов на основе плазмонных наночастиц и производных графена,— резюмирует автор проекта Григорий Мамонтов.— Наряду с этим цель проекта заключается в изучении природы активных центров катализаторов и механизмов каталитических превращений, включая фотокаталитические. Именно фотокаталитические селективные процессы могут стать основой для разработки новых подходов в энергосберегающей и экологически безопасной энергетике, переработке углеводородного сырья в ценные органические соединения, необходимые для химической, фармацевтической, пищевой и других отраслей промышленности.

http://www.tsu.ru/news/v-tgu-sozdayut-novyy-klass-katalizatorov-ispolzuyu/

Катализатор — все статьи и новости

Катализатор — вещество, которое способствует ускорению химической реакции, однако не входит в состав продуктов этих реакций. С помощью катализатора можно осуществлять быстрые реакции при небольших температурах. Процесс, при котором осуществляется ускорение химических реакций благодаря катализаторам, называется катализ. Этот термин ввел шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус в 1835 году. Процесс, при котором катализатором выступает один из продуктов реакции или ее исходных веществ, называют автокатализом.

Катализаторы можно разделить на два типа: гетерогенные и гомогенные. Гомогенные катализаторы находятся в одной фазе с реагирующими веществами. В качестве гомогенных катализаторов используют кислоты и основания. Гетерогенные катализаторы образуют самостоятельную фазу, которая отделена границей раздела от фазы, в которой находятся реагирующие вещества. К гетерогенным катализаторам можно отнести металлы, а также их оксиды и сульфиды.

У всех живых существ метаболизм зависит от биологических катализаторов, которые называются энзимами. Это молекулы РНК или белковые молекулы, а также их комплексы, которые ускоряют процесс обмена веществ, что является жизненно необходимым для живых организмов.

На действии катализаторов основываются и многие промышленные процессы. Так, при производстве аммиака в качестве катализатора выступает железо. Катализаторы также широко используются при переработке нефти и создании новых материалов, например пластмассы.

Также катализатором называют деталь выхлопной системы в автомобилях, которая снижает содержание вредных веществ в выхлопных газах. Благодаря такому катализатору происходит химическая реакция, в которой участвуют такие вредные вещества, как окись углерода (CO), углеводород и оксиды азота. В результате реакции образуются оксид углерода (CO₂) и азот (N₂), которые являются менее вредными.

Вещество, которое, наоборот, замедляет реакцию, называют ингибитором.

Фото: Bdyczewski/Pixabay

Новости / Служба новостей ТПУ

Ученые Томского политехнического университета обнаружили, что селенид галлия, который широко применяется в оптотехнике (например, как материал для фотодиодов), меняет свои свойства при облучении лазером. Если к нему добавить серебряные наночастицы, он трансформируется в новый композитный материал и проявляет себя с ранее неизвестной стороны — как катализатор для химических реакций.  Результаты работы опубликованы в журнале ACS Omega (IF: 2,58; Q1). Исследования проводились при поддержке совместной программы Российского фонда фундаментальных исследований и Австрийского научного фонда.

Фото: поверхность селенида галлия под микроскопом 

Селенид галлия давно известен как полупроводниковый материал и широко применяется в электротехнике в фотодиодах, фоторезисторах, датчиках поляризованного света. Его структура интересна тем, что это слоистый материал — как графит. От него можно отделить слои и сформировать тонкую пленку. Такие слои обладают свойствами, отличными от свойств объемных материалов. 

«Двумерные материалы, к которым относится селенид галлия, активно исследуются в качестве катализаторов, так как показывают высокую эффективность. В экспериментах мы использовали получившийся композит как катализатор в модельной реакции», — поясняет руководитель научной группы, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес

Для получения нового катализатора ученые использовали нитрат серебра. 

«На краях структуры под действием фиолетового лазера образовался материал со стехиометрией Ga2Se3, на него наносился нитрат серебра. Благодаря химической активности краев вещество частично вступило в реакцию с селенидом. Полученный материал продемонстрировал каталитические свойства.

Он действует как фотокатализатор: как и обычные катализаторы в химии, фотокатализаторы используются для изменения скорости течения реакции. Только в данном случае, для того чтобы фотокатализатор «заработал», нужен свет. На основе фотокатализа построены системы очистки и обеззараживания воздуха и самоочищающиеся покрытия. Кроме того, их используют для разделения воды на кислород и водород»,

— рассказывает один из авторов статьи, студент ТПУ Дмитрий Чешев

Исследование выполнялось в сотрудничестве с учеными из Университета Леобена (Австрия) и Университет электронных наук и технологий Китая.

Катализатор (каталитический конвертор)

Расшифровка чисто химического термина «катализатор» – вещество, не участвующее в реакции непосредственно, в присутствии которого происходит ускорение химической реакции или же вещество, делающее данную реакцию вообще возможной.  Автомобильный каталити́ческий конвертер (в просторечии катализатор) — устройство в выхлопной системе, предназначенное для снижения токсичности отработавших газов посредством восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов. 

Основным требованием для успешной работы катализатора является стехиометрическое соотношение топлива и воздуха, действующее вещество – благородные металлы: платина, палладий или родий.


В каталитических конверторах используют два различных типа катализаторов:

- восстанавливающий катализатор и - окислительный катализатор. 

Оба типа состоят из керамической структуры (реже – металлический гофрированный лист), покрытой веществом - катализатором.

Идея заключается в том, чтобы увеличить площадь катализатора и свести к минимуму задействованное при этом количество самого катализатора, так как используемые материалы весьма дороги. Восстанавливающий катализатор - первый этап каталитического преобразователя. Он использует платину и родий чтобы уменьшить выбросы NOx. Когда молекула NO или NO₂ встречается с молекулами катализатора, от нее отделяется атом азота, высвобождая кислород - O₂. Окислительный катализатор - второй этап каталитического преобразователя. Он снижает количество несгоревшего топлива и окиси углерода в результате их взаимодействия со свободным кислородом на поверхности той же платины и палладия. На выходе, вместо страшной смеси окислов углерода, азота и несгоревших углеводородов имеем воду, углекислый газ и чистый азот. Но это в идеале.


Каталитические конверторы являются достаточно чувствительными реакторами. На их работоспособность влияет температура, состав топлива и отработанных газов, расход масла двигателем, сорт масла, режим работы двигателя.


Широкое использование каталитических преобразователей началось в 1975 году. Но создали их намного раньше, в 1953 году в Америке, когда инженер Юджин Хоудри, ознакомившись со сводками по увеличению быстрыми темпами смога в различных городах, был просто шокирован данными. После чего он и решил разработать прибор, который смог бы защитить окружающую среду от влияния на нее человеческого фактора. Но созданное устройство оказалось малоэффективным, так как необходимая очистка не получалась из-за содержания в бензине большого процента тэтраэтилсвинца (присадка для повышения октанового числа), и этот химический элемент не был запрещен к использованию в бензине почти до конца 20 века. Промышленный выпуск автокатализаторов был бессмысленным до тех пор, пока не внесли поправки в закон «Чистый воздух», запрещающие использование свинца.

Наличие соединений свинца в выхлопных газах приводило к оплавлению керамических сот каталитического конвертора и выхлопному газу становилось просто некуда выходить.


С запретом этилированного бензина, жизнь автомобильного катализатора не стала безоблачной.  

- Во-первых, со временем расходуются материалы катализатора, благородные металлы и ресурс катализатора при условии исправных систем двигателя составляет в среднем 80-150 тыс. км. пробега. Эффективность работы катализатора с пробегом ухудшается и растет шанс его загрязнения смолами и нагарами. Особенно увеличивает риск загрязнения повышенный расход масла двигателем. Не сгоревшие остатки масла и топлива уже не полностью окисляются и остаются на сотах в виде нагара, постепенно уменьшая проходное сечение для газов, как результат, мощность двигателя уменьшается. Если ситуация не приобрела необратимый характер, то катализатор можно очистить при помощи щелочных промывок или топливных присадок, которые способствуют выведению загрязнений. Классическое решение – использование присадки Liqui Moly Catalytic-System Clean 1 раз в 2 000 км при заправке топливом.


- Во-вторых, эффективность катализатора падает при больших пробегах из-за постепенного разрушения керамических сот. Процесс совсем не безболезненный для двигателя, так как система продувки очень многих современных двигателей предусматривает частичный подсос топливной смеси из выхлопного тракта обратно в камеры сгорания. В результате керамическая пыль попадает в цилиндры и вызывает абразивный износ. После диагностики такой проблемы необходимо полностью заменить катализатор. 

- В-третьих, наличие избытка железосодержащих  присадок в топливе, так же, как в случае с тетраэтилсвинцом, вызывает оплавление сот катализатора, процесс может дойти до того, что двигатель с оплавленным катализатором просто не заводится, так как отработавшим газам просто нет прохода. Выход – замена катализатора.


Как проверить катализатор на исправность?

Самый простой способ – на просвет. Через керамические каналы исправного катализатора свет проходит беспрепятственно. В случае затруднений со съемом этого агрегата, можно проверить противодавление, создаваемое катализатором при проходе газов и при высоких показателях признать агрегат неисправным. 

Можно ли безболезненно для автомобиля удалить катализатор вовсе?

На автомобилях ЕВРО2 можно, для более экологичных конструкций, как минимум, придется перешивать блок управления двигателем. Но следует помнить о своем долге перед потомками, об экологии. На некоторых современных автомобилях удаление катализатора невозможно вообще.

Как избежать проблем с катализатором и продлить его ресурс? Заправляться в проверенных местах, регулярно, раз в 2000 км, использовать очищающую присадку Catalytic-System Clean и проводить диагностику при каждом техническом обслуживании.

Не эксплуатировать автомобиль с неисправными свечами, высоковольтными проводами и ка тушкой.

Несгоревший бензин в катализаторе не только сокращает его ресурс, но и может привести к пожару из-за перегрева самого катализатора. Если возникнут проблемы – не тянуть с ремонтом. Помните, от исправности катализатора зависит ресурс двигателя!


Мини бытовой электронной лампы комаров фиолетовый свет катализатор многофункциональный электронный комаров репеллент светодиодная лампа комаров

Описание: САМЫЙ ЭФФЕКТИВНЫЙ И МОЩНЫЙ: 2019 последний тип комаров zapper из экологически чистых материалов. Он работает бесшумно, просто подключив его к розетке переменного тока. Он привлекает ошибок с излучающим высокоинтенсивным ультрафиолетовым светом. А затем металлической сетки электрически заряженных высокого напряжения будет electrocute насекомых. Вы немедленно избавиться от всех нежелательных насекомых и ошибок. ХИМИКО СВОБОДНЫЙ: Изготовлены из экологически чистых материалов. Чтобы избавиться от комаров быстро без липкой, беспорядочна ядов или аэрозоли. Использовать естественный физический метод избавляется от мух. Отлично подходит для мест, где нельзя распылять пестицидов как кухни и больницы. Совершенно безвредны для человека и домашних животных. КОМПАКТНАЯ ФОРМА:Компактный размер легко носить с собой и использовать, будь то в вашем доме, в домах на колесах, или в гостинице. Это не займет много места в чемодане. Кроме того, крытый убийца мухи оснащен съемным покрытием, которое может быть легко удалено для очистки и удаления ошибок. Наслаждаться досугом в любое время без помех. БЫСТРАЯ И ЛЕГКАЯ УСТАНОВКА: Просто, чтобы подключить ошибка Заппер в порту, он будет немедленно работать для вас! Идеально подходит для помещений или на открытом воздухе. Могут быть использованы дома, в офисе, кухнях, ресторанах, школах и т.д.. Для жилого, коммерческого и промышленного использования. Идеально подходит также для садов, дворов, бассейн, и т.д.. Из-за его размера эффективный охват составляет около 16 квадратных метров. ЛЕГКО ОЧИЩАЕТСЯ: Для очистки мертвой комаров, убедитесь, что прибор отключен от электрической розетки и затем использовать отвертку, чтобы коснуться металлические плита для выпуска статического электричества. Удалите крышку и чистой комаров и мошкары ткани или небольшой кистью. параметр: Номинальное напряжение: 220V Вика: Светодиодная лампа бисер Область захвата: 20 квадратных метров или меньше Источник света ловушки: СВЕТОДИОД Технические характеристики: ГБ Размер УФ-продукта: 13 см * 6.5 см Цвет продукта: черный В комплект входит: Лампа для комаров 1

Тип товара: Против насекомых

ИГУ

Издание Правительства Российской Федерации «Российская газета» опубликовало материал об исследованиях ученых-химиков ИГУ. В спецвыпуске № 279(8037) размещена статья корреспондента издания Екатерины Востриковой под заголовком «Катализатор высокой активности» (приводим полный текст статьи).

В этом году Иркутскому государственному университету исполнился 101 год. Сегодня вуз не только крупнейший образовательный центр. Известен он и как научное учреждение, ученые которого ведут перспективные и прорывные исследования в области естественных наук.

Значимым в последнее время исследованием ученых НИИ нефте- и углехимического синтеза ИГУ стала работа по получению нового вида веществ, ускоряющих химреакции. Химики университета сегодня уже разработали перспективные металлокомплексные палладиевые катализаторы для получения современных полимерных материалов. Причем коллективу удалось найти простые и доступные решения для реализации некоторых процессов.

«Мы разработали новый катализатор, обладающий высокой активностью в процессах получения некоторых видов полимеров, которые способны проводить электрический ток, пропускать свет и другие виды излучений, обладают свойствами жидких кристаллов и избирательной газопроницаемостью. Такие полимеры перспективны для применения в качестве сенсоров, например, это экраны телефонов и т.п., и биомиметических материалов — это искусственные материалы, имитирующие свойства биоматериалов», — сказал директор НИИ нефте- и углехимического синтеза ИГУ Дмитрий Суслов.

Оригинальные разработки ученых призваны помочь при создании технологий получения новых материалов для их применения в области микроэлектроники, производства сенсоров, оптики, газоразделения, медицины. Результаты опубликованы в престижном научном журнале и защищены тремя патентами РФ.

Способ формирования катализаторов, предложенный ИГУ, может быть использован и в других интересных в практическом плане реакциях. Например, в преобразовании побочных продуктов нефтепереработки для дальнейшего их использования в производстве агрохимикатов, фармацевтических препаратов, ароматизаторов. Получение эффективных катализаторов для этих процессов, по словам исследователей, вопрос лишь времени. Разработки в этом направлении будут вестись при поддержке Российского научного фонда. Таким образом, можно говорить о том, что наработки ученых иркутского университета в области металлокомплексного катализа в ближайшем будущем позволят усовершенствовать и существенно удешевить процесс получения многих современных материалов.

Катализ видит свет | Министерство энергетики

The Science

Ученые раскрыли точную структуру катализатора, который превращает углекислый газ (CO 2 ) и воду в жидкое топливо в присутствии света. Катализаторы - это химические вещества, ускоряющие реакции. Исследователи использовали передовые аналитические методы и компьютерные модели для изучения конкретного многообещающего катализатора - оксида меди (I) (Cu 2 O).

The Impact

Эффективное преобразование CO 2 в жидкое топливо может помочь снизить нашу зависимость от ископаемого топлива.Химическое преобразование CO 2 с использованием солнечного света предлагает многообещающий способ хранения солнечной энергии в виде жидкого химического топлива. Эти катализаторы, использующие свет, называются фотокатализаторами. Специальные катализаторы могут помочь облегчить эти преобразования без ненужных потерь энергии. Выявление активной части структур катализаторов, являющихся предметом настоящего исследования, является важным шагом в разработке фотокатализаторов. Эта способность поможет исследователям создавать фотокатализаторы для преобразования CO 2 в топливо, такое как метанол и этилен, а также для других энергетических применений.

Резюме

Фотовосстановление CO 2 - это процесс, в котором солнечный свет используется для эффективного хранения солнечной энергии в виде химического топлива. Это исследование раскрывает подробную структуру катализатора, называемого фотокатализатором, который используется в этом процессе. Этот фотокатализатор помогает преобразовывать CO 2 в накопленную солнечную энергию в виде метанола, жидкого химического топлива. В этом исследовании ученые использовали комбинацию передовых аналитических методов и компьютерных моделей для определения конкретных активных центров или областей на поверхности фотокатализатора, которые нацелены на определенные части молекул CO 2 во время химического процесса преобразования CO 2 в топливо.Исследователи использовали фотокатализатор оксид меди (I) (Cu2O) из-за его уникальных электронных свойств и потому, что он сделан из общедоступных материалов, меди и кислорода. Cu 2 O также поглощает видимый свет на частотах, покрывающих большую часть видимого солнечного спектра.

Cu2O очень эффективно превращает CO 2 в жидкий топливный метанол в качестве единственного продукта. Внутренний квантовый выход для автономного беспроводного фотокаталитического восстановления CO 2 до метанола с использованием кристаллов Cu 2 O составлял примерно 72 процента.Они ожидают, что обнаружение активного центра Cu 2 O вдохновит на разработку новых классов каталитических материалов с улучшенной активностью.

Исследователи использовали рентгеновскую микроскопию в Усовершенствованном источнике фотонов и просвечивающую электронную микроскопию в Центре наноразмерных материалов (CNM), двух пользовательских объектах Управления науки Министерства энергетики. Дальнейший анализ в CNM использовал многомодальную коррелированную характеристику одной частицы Cu 2 O, измерения ансамбля ex situ и расчеты теории функционала плотности.Демонстрируя способность многомодально идентифицировать каталитически активные центры на отдельном кристалле Cu 2 O и наблюдать их в действии, исследование является значительным достижением, которое может позволить разработать будущую высокоэффективную систему восстановления CO 2 . фотокатализаторы.

Контакт

Тиджана Райх и Юзи Лю
Центр наноразмерных материалов, Аргоннская национальная лаборатория
[email protected] и [email protected]

Финансирование

Эта работа была выполнена в Центре наномасштабных материалов и перспективных фотонов Источник - Аргоннская национальная лаборатория, пользовательские объекты Управления науки Министерства энергетики (DOE).Частичная поддержка была предоставлена ​​программой научных исследований и разработок Аргоннской лаборатории. Вычислительные исследования и рентгеновская фотоэмиссионная спектроскопия были поддержаны Управлением науки Министерства энергетики, Управлением фундаментальных энергетических наук, Отделом материаловедения и инженерии. Трое исследователей подтверждают предоставление компьютерного времени через кластер LCRC Blues в Аргонне. Один из исследователей выражает признательность за финансовую поддержку Управлению науки Министерства энергетики, Управлению фундаментальных энергетических наук, Отделу химических наук, наук о Земле и биологических наук.

Публикации

Wu, Y.A. и др., «Фасетно-зависимые активные центры фотокатализатора с одиночными частицами Cu 2 O для восстановления CO 2 до метанола», Nature Energy 4 , 957-968 (2019). [DOI: 10.1038 / s41560-019-0490-3]

Ссылки по теме

Аргоннский пресс-релиз: Ученые изобрели катализатор, который использует свет для превращения диоксида углерода в топливо

Химики используют недорогой и безопасный титан - ScienceDaily

Впервые химики из Боннского университета и Университета Лихай в Вифлееме (США) разработали титановый катализатор, который делает свет пригодным для селективных химических реакций.Он представляет собой экономичную и нетоксичную альтернативу используемым до сих пор рутениевым и иридиевым катализаторам, которые основаны на очень дорогих и токсичных металлах. Новый катализатор может быть использован для производства высокоселективных химических продуктов, которые могут стать основой, например, противовирусных препаратов или люминесцентных красителей. Результаты опубликованы в международном издании журнала Angewandte Chemie .

Электроны в химических молекулах не хотят вести единственную жизнь; они обычно встречаются парами.Тогда они особенно стабильны и не склонны к налаживанию новых партнерских отношений в форме новых облигаций. Однако, если часть электронов переводится на более высокий энергетический уровень с помощью света (фотонов), все начинает выглядеть иначе, когда дело доходит до этой «моногамии»: в таком возбужденном состоянии молекулы любят жертвовать или отдавать принять электрон. Это создает так называемые «радикалы», которые имеют электроны, обладают высокой реакционной способностью и могут использоваться для образования новых связей.

Облучение зеленым светом

Новый катализатор основан на следующем принципе: в его основе лежит титан, который соединен с углеродным кольцом, в котором электроны особенно подвижны и легко возбуждаются.Зеленого света достаточно, чтобы использовать катализатор переноса электронов для получения реакционноспособных органических промежуточных продуктов, которые иначе получить нелегко. «В лаборатории мы облучали зеленым светом реакционную колбу, содержащую титановый катализатор, который можно рассматривать как« красный краситель », - сообщает профессор д-р Андреас Гансойер из Института органической химии и биохимии Кекуле Боннского университета. . «И это сработало сразу». Смесь генерирует радикалы из органических молекул, которые инициируют множество реакционных циклов, из которых можно производить самые разные химические продукты.

Ключевым фактором в реакциях с этим фото-окислительно-восстановительным катализатором является длина волны света, используемого для облучения. «Ультрафиолетовое излучение не подходит, потому что оно слишком богато энергией и разрушает органические соединения», - говорит Гансойер. Зеленый свет светодиодных ламп одновременно мягкий и достаточно богатый энергией, чтобы вызвать реакцию.

Катализаторы - это вещества, которые увеличивают скорость химических реакций и снижают энергию активации, но не расходуются сами по себе. Это означает, что они доступны постоянно и могут вызывать реакции, которые в противном случае не произошли бы в этой форме.Катализатор может быть адаптирован для получения желаемых продуктов в зависимости от органической молекулы, с которой связан титан.

Строительные блоки для противовирусных препаратов или люминесцентных красителей

Новый титановый катализатор облегчает реакции эпоксидов, группы химических веществ, из которых состоит эпоксидная смола. Они используются в качестве клея или для композитов. Однако ученые нацелены не на массовый продукт, а на синтез гораздо более ценных тонких химикатов.«Индивидуальные фото-окислительно-восстановительные катализаторы на основе титана могут быть использованы, например, для производства строительных блоков для противовирусных препаратов или люминесцентных красителей», - говорит Гансойер. Он уверен, что эти новые катализаторы представляют собой экономичную и более устойчивую альтернативу использовавшимся до сих пор рутениевым и иридиевым катализаторам, которые основаны на очень дорогих и токсичных металлах.

Разработка - международная совместная работа Чжэньхуа Чжана, Тобиаса Хильче, Даниэля Слака, Нильса Ритдейка и Андреаса Гансойера из Боннского университета и Угочиньер Н.Олойд и Роберт А. Флауэрс II из Университета Лихай (США). В то время как ученые из Боннского университета исследовали, как лучше всего синтезировать желаемые соединения с новым катализатором, их коллеги из США провели измерения, чтобы подтвердить пути реакции. «Феномен люминесценции действительно открывает интересное пространство для рассмотрения дизайна новых устойчивых реакций, протекающих через промежуточные свободные радикалы», - говорит профессор Роберт Флауэрс из Университета Лихай.

История Источник:

Материалы предоставлены Боннским университетом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Синий свет вызывает «беспрецедентную» реакцию в старом катализаторе | Research

«Мы взяли хорошо известный иридиевый каталитический промежуточный продукт и представили совершенно новое применение», - говорит Паоло Мельхиорре из Института химических исследований Каталонии (ICIQ) в Испании.Его команда обнаружила, что в синем свете традиционный катализатор аллильного замещения полностью переключает реактивность, обеспечивая энантиоселективное перекрестное связывание. 1

Фотохимические реакции расширяют набор инструментов химиков-органиков, открывая доступ к реакционной способности, недостижимой традиционными методами. Эти процессы часто требуют катализатора и антенны - фотоактивной молекулы, которая улавливает свет, обычно интенсивный ультрафиолет (УФ), генерируя реактивные частицы, такие как радикалы.

Команда ICIQ обнаружила, что обычный хиральный комплекс иридия сочетает в себе две функции и не требует источника интенсивного ультрафиолетового света. «Мы активировали наш фотоактивный иридиевый комплекс, используя синий видимый свет, который широко доступен и недорого», - объясняет Джакомо Кризенца из ICIQ, который также работал над проектом. Под действием света иридиевый катализатор становится одноэлектронным окислителем. «Это открывает двери для беспрецедентных взаимодействий углерод-углерод, приводящих к продуктам, недоступным в термических условиях», - продолжает он.

Хотя открытие кажется случайным, оно основано на рациональном замысле и опыте. «Несколько лет назад наша группа заметила, что определенные промежуточные соединения в органокатализе реагируют на активацию светом, что приводит к неожиданным продуктам», - говорит Мельхиор. «После разработки аналогичных решений для енаминов, ионов иминия и других частиц мы всегда проверяем, работает ли наш катализатор без внешней антенны для поглощения света», - добавляет он.

Мельхиор указывает, что другие химики описали подобное поведение некоторых металлоорганических соединений. 2 «Однако эти комплексы были специально разработаны для этой цели», - поясняет он.

«Даже если они не были разработаны для фотокаталитических процессов, световое возбуждение старых [металлоорганических] катализаторов может раскрыть новые механизмы, недоступные в традиционных термических условиях», - говорит Анабель Лантерна, эксперт по фотокатализу из Ноттингемского университета, Великобритания. «Разработка надежных катализаторов - сложная, трудоемкая и дорогостоящая задача», - говорит она. «Повторное использование хорошо известных металлоорганических комплексов может ускорить развитие фотоокислительного катализа.’

Кроме того, Lanterna подчеркивает важность использования видимого света. «[Это] исключает образование ненужных побочных продуктов [и] также снижает стоимость процесса». Источники глубокого ультрафиолета требуют специализированных и дорогих кварцевых реакторов, - объясняет она. Действительно, исследователи ICIQ изучили абсорбционные свойства как реагентов, так и катализатора и выбрали длину волны, которая максимизирует эффективность и селективность по отношению к активным частицам иридия.

Эти реакции перекрестного сочетания могут найти применение в разработке тонких химических и фармацевтических препаратов.Более того, фотохимия сделает эти реакции более экологичными. «[Мы] могли бы резко сократить [] углеродный след и сделать химические вещества и лекарства более доступными», - говорит Лантерна.

Рентгеновское исследование показывает роль материала батареи от катода до катализатора

Ванли Ян, старший научный сотрудник лаборатории Advanced Light Source в Беркли, работает над системой резонансного неупругого рассеяния рентгеновских лучей (RIXS). Ян адаптировал технику RIXS для недавнего исследования Джоуля по материалам батарей с высоким содержанием лития.(Источник: Ванли Ян / Лаборатория Беркли)

- Гленн Робертс младший

Международная группа специалистов, работающая в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (лаборатория Беркли), использовала уникальный рентгеновский прибор, чтобы узнать новые вещи о материалах для аккумуляторов с высоким содержанием лития, которые были предметом многих исследований, поскольку расширить ассортимент электромобилей и работу электронных устройств.

Исследователи сосредоточили свои исследования на материале, называемом оксидом лития-марганца (Li 2 MnO 3 ), крайнем примере так называемых «богатых литием» материалов, содержащих наибольшее количество лития, возможное в этом семействе материалов. .Недавно разработанное сообщество аккумуляторных батарей состоит в том, что электроды аккумулятора, состоящие из материалов, богатых литием, могут обеспечивать работу при высоком напряжении и высокой емкости, потому что кислород в материале участвует в обратимых химических «окислительно-восстановительных» реакциях, в которых атомы кислорода циклически теряют и теряют. получать электроны, помогая батарее иметь большую емкость для хранения и использования электрического заряда.

Однако эта работа показала, что в обратимых реакциях фактически не участвует кислород в Li 2 MnO 3 во время работы от батареи.Вместо этого дальнейший анализ другого элемента в материале, марганца, показал, что причина, по которой материал может быть подвергнут циклическому использованию, заключается в необычном и полном переключении на реакции на основе марганца с относительно низкой емкостью сразу после первой загрузки. Открытие открывает путь к исследованиям высокоэнергетических электродных материалов за пределами семейства, богатого литием.

Иллюстрация батареи Li-CO2 с Li2MnO3 в качестве эффективного катализатора. (Источник: Ванли Ян / Лаборатория Беркли)

Более того, группа исследователей была особенно удивлена, обнаружив «частично обратимое» образование и исчезновение карбонатных соединений на поверхности материала.Эти высокореакционные свойства поверхности предполагают, что материал может действовать как катализатор и может способствовать обратимым химическим реакциям, необходимым для экзотических батарей следующего поколения, таких как литий-воздушные и литий-углекислые батареи. Карбонатные соединения, наблюдаемые на поверхности Li 2 MnO 3 , содержат углерод, связанный с атомами кислорода, что означает, что материалы с высоким содержанием лития могут быть эффективными катализаторами реакций с участием газообразного диоксида углерода.

«Что нам всем кажется захватывающим, так это то, что с помощью фундаментального спектроскопического исследования этого материала мы не только прояснили механизм реакции этого давно обсуждаемого материала, но также нашли концептуально иное использование его в качестве катализатора», - сказал Ванли. Янг, старший научный сотрудник Advanced Light Source (ALS) лаборатории Беркли, адаптировавший метод, называемый резонансным неупругим рассеянием рентгеновских лучей (RIXS), для этого типа исследования батарей.Он также был соавтором исследования, работая в рамках большого международного сотрудничества. Исследование было опубликовано 4 марта в журнале Joule.

«Некоторые результаты показали, что этот материал на самом деле больше подходит в качестве катализатора из-за его высокореакционной поверхности. Поэтому наши сотрудники по материалам батарей протестировали его в качестве катализатора и обнаружили, что он действительно обладает превосходными характеристиками для литий-углекислых и литий-воздушных батарей », - добавил он.

члена исследовательской группы, которые участвовали в рентгеновском исследовании материалов богатых литием аккумуляторов: вверху слева направо: Том Деверо, Ванли Ян (соавтор), Кехуа Дай.В центре: И-де Чуан, Цзэнцин Чжо, Гао Лю. Внизу: Фэн Пан. (Источник: Ванли Ян / Лаборатория Беркли)

Исследователи отметили в исследовании, что высокоемкое циклирование карбоната на основе катализатора Li 2 MnO 3 имеет превосходную обратимость по сравнению с аналогичными системами с типичными катализаторами на основе оксидов. Результаты также открывают двери для целого класса материалов, богатых щелочами, которые можно использовать в качестве катализаторов для других приложений, таких как топливные элементы.

Ключом к исследованию был специализированный канал в ALS, который может анализировать химические реакции по одному элементу за раз, чтобы выяснить, какие из них участвуют - или не участвуют - в реакциях.ALS - это синхротрон, который может производить свет в диапазоне «цветов» или длин волн, от инфракрасного до рентгеновского.

Исследователи использовали RIXS для составления карты химического состава образцов на разных этапах цикла заряда-разряда. Они не нашли доказательств обратимых окислительно-восстановительных реакций кислорода, ожидаемых для этого материала многими учеными. Вместо этого они обнаружили, что кислород участвует только в односторонней реакции окисления и в очень активных поверхностных реакциях.

Янг отметил, что исследование опровергает несколько популярных моделей для понимания окислительно-восстановительной активности кислорода в электродах батареи, но открывает новые взгляды на типы недорогих материалов, которые могут использовать окислительно-восстановительные реакции кислорода, поскольку исследователи обнаружили, что поведение окислительно-восстановительного потенциала кислорода Реакция в электродах с высоким содержанием лития фактически такая же, как у обычных электродов, используемых сегодня.Использование окислительно-восстановительной реакции кислорода может потенциально сделать батареи с высоковольтными и емкими характеристиками.

Также в исследовании принимали участие другие ученые из лаборатории Беркли; Национальная ускорительная лаборатория SLAC; Стэндфордский Университет; и Шэньчжэньская аспирантура Пекинского университета, Тяньцзиньский педагогический университет, Северо-Восточный университет и Китайская академия наук в Китае.

Работа поддержана научным отделом Министерства энергетики США (DOE), U.S. Проект «Данные Министерства энергетики, искусственный интеллект и машинное обучение в научных учреждениях Министерства энергетики», Национальная программа научных исследований и разработок Китая, Пекинская муниципальная комиссия по науке и технологиям и Национальный фонд естественных наук Китая, а также работа в Стэнфордском университете. Управление фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США, Отдел материаловедения и инженерии.

Advanced Light Source - это объект, созданный Управлением науки Министерства энергетики США в лаборатории Беркли.

Больше:

# #

Основанная в 1931 году с убеждением в том, что самые большие научные проблемы лучше всего решаются группами, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли и ее ученые были отмечены 14 Нобелевскими премиями.Сегодня исследователи Berkeley Lab разрабатывают решения в области устойчивой энергетики и защиты окружающей среды, создают новые полезные материалы, расширяют границы компьютерных технологий и исследуют тайны жизни, материи и Вселенной. Ученые со всего мира полагаются на возможности лаборатории в своих научных открытиях. Berkeley Lab - это многопрограммная национальная лаборатория, управляемая Калифорнийским университетом при Управлении науки Министерства энергетики США.

Управление науки Министерства энергетики США является крупнейшим спонсором фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из самых насущных проблем нашего времени.Для получения дополнительной информации посетите сайт energy.gov/science.

биолюминесценции | Национальное географическое общество

Биолюминесценция - это свет, возникающий в результате химической реакции в живом организме. Биолюминесценция - это тип хемилюминесценции, который является термином для химической реакции, при которой образуется свет. (Биолюминесценция - это хемилюминесценция, происходящая внутри живого организма.)

Биолюминесценция - это «холодный свет».«Холодный свет означает, что менее 20% света генерирует тепловое излучение или тепло.

Большинство биолюминесцентных организмов обитает в океане. Эти биолюминесцентные морские виды включают рыб, бактерий и желе. Некоторые биолюминесцентные организмы, в том числе светлячки и грибы, встречаются на суше. Биолюминесцентных организмов, обитающих в пресноводных средах обитания, почти нет.

Химия

Для химической реакции, которая приводит к биолюминесценции, требуются два уникальных химических вещества: люциферин и либо люцифераза, либо фотопротеин.Люциферин - это соединение, которое на самом деле производит свет. В химической реакции люциферин называют субстратом. Биолюминесцентный цвет (желтый у светлячков, зеленоватый у фонарей) является результатом расположения молекул люциферина.

Некоторые биолюминесцентные организмы производят (синтезируют) люциферин самостоятельно. Например, динофлагелляты обладают голубовато-зеленой окраской биолюминесценции. Биолюминесцентные динофлагеллаты - это разновидность планктона - крошечных морских организмов, которые иногда заставляют поверхность океана сиять ночью.

Некоторые биолюминесцентные организмы не синтезируют люциферин. Вместо этого они поглощают его через другие организмы либо в пищу, либо в симбиотических отношениях. Некоторые виды рыб-гардемаринов, например, получают люциферин через потребляемые ими «креветки-семечки». Многие морские животные, например кальмары, содержат в своих световых органах биолюминесцентные бактерии. Бактерии и кальмары связаны симбиотическими отношениями.

Люцифераза - это фермент. Фермент - это химическое вещество (называемое катализатором), которое взаимодействует с субстратом и влияет на скорость химической реакции.Взаимодействие люциферазы с окисленным (с добавлением кислорода) люциферином создает побочный продукт, называемый оксилюциферином. Что еще более важно, химическая реакция создает свет.

Биолюминесцентные динофлагеллаты производят свет с помощью люциферин-люциферазной реакции. Люцифераза, содержащаяся в динофлагеллятах, связана с зеленым химическим хлорофиллом, содержащимся в растениях.

Биолюминесцентные экосистемы динофлагеллат встречаются редко, в основном они формируются в лагунах с теплой водой с узкими выходами в открытое море.Биолюминесцентные динофлагелляты собираются в этих лагунах или заливах, и узкое отверстие не позволяет им выбраться. Ночью можно освещать всю лагуну. Биологи определили новую биолюминесцентную экосистему динофлагеллат в природном заповеднике Хумакао, Пуэрто-Рико, в 2010 году.

В большинстве биолюминесцентных реакций участвуют люциферин и люцифераза. Однако в некоторых реакциях не участвует фермент (люцифераза). В этих реакциях участвует химическое вещество, называемое фотобелком. Фотобелки соединяются с люциферинами и кислородом, но для получения света необходим другой агент, часто ион элемента кальция.

Фотобелки были идентифицированы совсем недавно, а биологи и химики все еще изучают их необычные химические свойства. Фотобелки впервые были изучены в биолюминесцентных кристаллических желе, обнаруженных у западного побережья Северной Америки. Фотобелок в кристаллических желе называется «зеленым флуоресцентным белком» или GFP.

Однако биолюминесценция - это не то же самое, что флуоресценция. Цветение не связано с химической реакцией. При флуоресценции стимулирующий свет поглощается и повторно излучается.Флуоресцирующий свет виден только в присутствии стимулирующего света. Чернила, используемые в маркерах, являются флуоресцентными. Фосфоресценция похожа на флуоресценцию, за исключением того, что фосфоресцентный свет способен переизлучать свет в течение гораздо более длительных периодов времени. Светящиеся в темноте наклейки фосфоресцируют.

Биолюминесцентный свет

Внешний вид биолюминесцентного света сильно различается в зависимости от среды обитания и организма, в котором он встречается.

Например, большая часть морской биолюминесценции выражается в сине-зеленой части спектра видимого света. Эти цвета лучше видны в глубоком океане. Кроме того, большинство морских организмов чувствительны только к сине-зеленым цветам. Они физически не могут обрабатывать желтый, красный или фиолетовый цвета.

Большинство наземных организмов также демонстрируют сине-зеленую биолюминесценцию. Однако многие светятся в желтом спектре, в том числе светлячки и единственная известная наземная улитка, способная биолюминесценции, Quantula striata , произрастающая в тропиках Юго-Восточной Азии.

Некоторые организмы могут светиться более чем одним цветом. Так называемый железнодорожный червь (на самом деле личинка жука) может быть самым знакомым. Голова железнодорожного червя светится красным, а тело - зеленым. Разные люциферазы по-разному вызывают биолюминесценцию.

Некоторые организмы непрерывно излучают свет. Например, некоторые виды грибов, присутствующие в гниющей древесине, излучают довольно постоянное свечение, называемое лисьим огнем.

Однако большинство организмов используют свои световые органы, чтобы мигать в течение периодов от менее секунды до примерно 10 секунд.Эти вспышки могут происходить в определенных местах, например, в точках на кальмарах. Другие вспышки могут осветить весь организм.

Адаптация

Биолюминесценция используется живыми существами для охоты на добычу, защиты от хищников, поиска партнеров и выполнения других жизненно важных задач.

Защитные приспособления

Некоторые виды люминесцируют, чтобы сбить с толку нападающих. Например, многие виды кальмаров вспыхивают, чтобы напугать хищников, например рыб.Поймав напуганную рыбу врасплох, кальмар пытается быстро убежать.

Кальмар-вампир демонстрирует разновидность этого защитного поведения. Как и у многих глубоководных кальмаров, у кальмаров-вампиров нет чернильных мешочков. (Кальмары, которые живут у поверхности океана, выбрасывают темные чернила, чтобы оставить своих хищников в темноте.) Вместо этого кальмар-вампир выбрасывает липкую биолюминесцентную слизь, которая может напугать, сбить с толку и задержать хищников, позволяя кальмарам сбежать.

Многие морские виды используют технику, называемую противосветлением, чтобы защитить себя.Многие хищники, например акулы, охотятся снизу. Они смотрят вверх, где солнечный свет создает тени под добычей. Противосветление - это своего рода маскировка от этого хищного поведения.

Hatchetfish использует противосветление. У топориков есть органы, производящие свет, которые направлены вниз. Они регулируют количество света, исходящего от их нижней стороны, в соответствии со светом, исходящим сверху. Регулируя свою биолюминесценцию, они маскируют свои тени и становятся практически невидимыми для хищников, смотрящих вверх.

Некоторые биолюминесцентные животные, такие как хрупкие звезды, могут отделять части тела, чтобы отвлечь хищников. Хищник следует за светящейся рукой хрупкой звезды, а остальное животное уползает в темноте. (Хрупкие звезды, как и все морские звезды, могут отращивать руки заново.)

Когда одни животные отделяют части тела, они отделяют их от других животных. При угрозе некоторые виды морских огурцов могут отламывать светящиеся части своего тела о ближайшую рыбу.Хищник будет следить за свечением на рыбе, а трепан уползает.

Биологи считают, что некоторые виды акул и китов могут использовать защитную биолюминесценцию, хотя сами они не являются биолюминесцентными. Кашалот, например, может искать среду обитания с большими сообществами биолюминесцентного планктона, которые не являются частью рациона кита. Однако, когда хищники планктона (рыбы) приближаются к планктону, их свечение предупреждает кита.Кит ест рыбу. Затем планктон выключает свет.

Некоторые личинки насекомых (прозванные «светлячками») загораются, чтобы предупредить хищников о том, что они ядовиты. Жабы, птицы и другие хищники знают, что поедание этих личинок приведет к болезни и возможной смерти.

Наступательные приспособления

Биолюминесценцию можно использовать для приманки или поиска добычи.

Самым известным хищником, использующим биолюминесценцию, может быть удильщик, который использует биолюминесценцию для приманки добычи.У удильщика огромная голова, острые зубы и длинный тонкий мясистый нарост (называемый нитью) на макушке. На конце нити находится шарик (называемый эска), который может загореться удильщиком. Более мелкие рыбки, которых интересует световое пятно, подплывают, чтобы рассмотреть их поближе. К тому времени, когда жертва увидит огромные темные челюсти удильщика за яркой эской, может быть уже слишком поздно.

Другие рыбы, такие как рыба-дракон, называемая рыхлой пастью, используют биолюминесценцию для поиска добычи.Свободные челюсти приспособились излучать красный свет; большинство рыб могут видеть только синий свет, поэтому отвисшие челюсти имеют огромное преимущество, когда освещают окружающую территорию. Они могут видеть свою добычу, но их жертва не видит их.

Аттракцион

Взрослые светлячки, также называемые молниеносными жуками, обладают биолюминесценцией. Они загораются, чтобы привлечь партнеров. Хотя светлячки могут светиться как самцами, так и самками, в Северной Америке большинство светлячков - самцы. Характер их вспышек сообщает ближайшим самкам, к какому виду они относятся и что они заинтересованы в спаривании.

Другая биолюминесценция

Организмы могут светиться, когда их беспокоят. Например, изменения в окружающей среде, такие как падение солености, могут заставить биолюминесцентные водоросли светиться. Эти живые фонари можно увидеть как розовые или зеленые пятна в темном океане.

«Молочные моря» - еще один пример биолюминесценции. В отличие от биолюминесцентных водорослей, которые вспыхивают при нарушении окружающей среды, молочные моря представляют собой непрерывное свечение, иногда яркое и достаточно большое, чтобы его можно было увидеть со спутников на орбите над Землей.

Ученые считают, что молочные моря созданы биолюминесцентными бактериями на поверхности океана. Для образования молочных морей должны присутствовать миллионы бактерий, и должны быть подходящие условия, чтобы у бактерий было достаточно химикатов, чтобы загореться. Спутниковые снимки молочных морей были сделаны в тропических водах, таких как Индийский океан.

Биолюминесценция и люди

Биологи и инженеры изучают химические вещества и обстоятельства, связанные с биолюминесценцией, чтобы понять, как люди могут использовать этот процесс, чтобы сделать жизнь проще и безопаснее.

Например, зеленый флуоресцентный белок (GFP) является ценным «репортерным геном». Гены-репортеры - это химические вещества (гены), которые биологи прикрепляют к другим генам, которые они изучают. Гены-репортеры GFP легко идентифицируются и измеряются, обычно по их флуоресценции. Это позволяет ученым отслеживать и контролировать активность исследуемого гена - его экспрессию в клетке или его взаимодействие с другими химическими веществами.

Другие варианты использования носят более экспериментальный характер. Например, биолюминесцентные деревья могут помочь осветить городские улицы и шоссе.Это снизит потребность в электричестве. Биолюминесцентные культуры и другие растения могли светиться, когда им требовалась вода или другие питательные вещества, или когда они были готовы к сбору. Это снизит затраты для фермеров и агробизнеса.

Новый светоактивированный катализатор улавливает CO2 для производства ингредиентов для топлива - K Trade Fair

В химии восстановление относится к увеличению количества электронов в реакции, тогда как окисление - это когда атом теряет электроны. Среди хорошо известных примеров уменьшения углекислого газа - фотосинтез, когда растения переносят электроны от воды на углекислый газ, создавая углеводы и кислород.

Для восстановления диоксида углерода необходимы катализаторы, которые помогут разорвать стабильные связи молекулы. Интерес к разработке катализаторов для сокращения выбросов углекислого газа с помощью солнечной энергии для производства топлива возрос в связи с быстрым потреблением ископаемого топлива за последнее столетие и стремлением к возобновляемым источникам энергии.

Исследователи были особенно заинтересованы в устранении конкурирующих химических реакций при восстановлении диоксида углерода.

«Полное подавление конкурирующего выделения водорода во время фотокаталитического преобразования CO2 в CO не было достигнуто до нашей работы», - сказал Чжэн.

В лаборатории Беркли Чжэн и ее коллеги разработали инновационный лазерно-химический метод создания металлоорганического композитного материала. Они растворили предшественники никеля в растворе триэтиленгликоля и подвергли раствор несфокусированному инфракрасному лазеру, который вызвал цепную реакцию в растворе, поскольку металл поглощал свет. В результате реакции образовывались металлоорганические композиты, которые затем отделялись от раствора.

«Когда мы изменим длину волны лазера, мы получим другие композиты», - сказал со-ведущий автор исследования Кайян Ню, ученый-материаловед из лаборатории Чжэна.«Вот как мы определили, что реакции были активированы светом, а не теплом».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *