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碳的炼金术:麻省理工学院设计出革命性的二氧化碳转化技术
ugmbbc 的报道 • 3 小时 • 3 分钟读取
由DNA绑定的催化剂提高了二氧化碳到一氧化碳的电化学转化效率,而一氧化碳是许多化合物的基本成分。麻省理工学院的化学工程师们设计出了一种将二氧化碳转化为一氧化碳的有效方法,一氧化碳是一种化学前体,可用于生成有用的化合物,如乙醇和其他燃料。

如果将这一工艺扩大到工业用途,将有助于从发电厂和其他来源清除二氧化碳,从而减少排放到大气中的温室气体数量。

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麻省理工学院的化学工程师们证明,通过使用 DNA 将催化剂(蓝色圆圈)拴在电极上,可以使二氧化碳转化为一氧化碳的效率大大提高。图片来源:麻省理工学院 Christine Daniloff

革命性的脱碳技术

"这将能够从排放物或溶解在海洋中的二氧化碳中提取二氧化碳,并将其转化为有利可图的化学品。"保罗-库克(Paul M. Cook)化学工程职业发展助理教授、该研究的资深作者阿里尔-弗斯特(Ariel Furst)说:"这确实是一条脱碳之路,因为我们可以把二氧化碳这种温室气体转化为对化学生产有用的东西。"

这种新方法利用电力进行化学转换,催化剂通过 DNA 链系在电极表面。DNA 就像尼龙搭扣一样,将所有反应成分紧紧粘在一起,使反应比所有成分都漂浮在溶液中更有效率。

Furst 创办了一家名为 Helix Carbon 的公司,以进一步开发这项技术。麻省理工学院前博士后 Gang Fan 是这篇论文的第一作者,论文发表在《美国化学学会学报》(Journal of the American Chemical Society Au)上。其他作者包括:21 岁的 Nathan Corbin 博士、23 岁的 Minju Chung 博士、麻省理工学院前博士后 Thomas Gill 和 Amruta Karbelkar 以及 23 岁的 Evan Moore。

分解二氧化碳

要将二氧化碳转化为有用的产品,首先需要将其转化为一氧化碳。其中一种方法是用电,但这种电催化所需的能量过于昂贵。

为了降低成本,研究人员尝试使用电催化剂,这种催化剂可以加快反应速度,减少系统所需的能量。用于该反应的一种催化剂是一类被称为卟啉的分子,这种分子含有铁或钴等金属,结构类似于血液中携带氧气的血红素分子。

在这种电化学反应中,二氧化碳溶解在电化学装置内的水中,该装置包含一个驱动反应的电极。催化剂也悬浮在溶液中。然而,这种装置的效率并不高,因为二氧化碳和催化剂需要在电极表面相遇,而这种情况并不常见。

为了使反应更频繁地发生,从而提高电化学转换的效率,Furst 开始研究如何将催化剂附着在电极表面。DNA 似乎是这种应用的理想选择。

她说:"DNA 的成本相对较低,你可以用化学方法对其进行修饰,并且可以通过改变序列来控制两条链之间的相互作用。它就像一种序列特异的魔术贴,具有非常强但可逆的相互作用,你可以对其进行控制。"

为了将单股 DNA 连接到碳电极上,研究人员使用了两个"化学手柄",一个在 DNA 上,另一个在电极上。这些"化学手柄"可以折叠在一起,形成永久性的结合。然后将互补的 DNA 序列连接到卟啉催化剂上,这样当催化剂加入溶液中时,它就会可逆地与已经连接到电极上的 DNA 结合--就像魔术贴一样。

系统建立后,研究人员向电极施加电势(或偏压),催化剂利用这种能量将溶液中的二氧化碳转化为一氧化碳。反应还能从水中产生少量氢气。催化剂磨损后,可以通过加热系统来破坏两条 DNA 链之间的可逆键,从而将其从表面释放出来,并用新的催化剂取而代之。
突破性的电化学转换

利用这种方法,研究人员能够将反应的法拉第效率提高到 100%,这意味着进入系统的所有电能都直接进入化学反应,没有能量浪费。而当催化剂没有被DNA拴住时,法拉第效率只有40%左右。

Furst 说,这项技术可以很容易地扩大到工业用途,因为研究人员使用的碳电极比传统金属电极便宜得多。催化剂也很便宜,因为它们不含任何贵金属,而且电极表面只需要少量的催化剂。

通过更换不同的催化剂,研究人员计划尝试用这种方法制造甲醇和乙醇等其他产品。由 Furst 创办的 Helix Carbon 公司也在致力于进一步开发该技术,以实现潜在的商业用途。

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三十天三十队亚利桑那响尾蛇
▫️ 分区:国联西区
▫️ 世界大赛冠军:1次
▫️ 上赛季战绩:84-78,分区第二,国联六号种子
▫️ 季后赛经历:世界大赛1-4负德州游骑兵
▫️ 团队攻击指数:0.730(MLB第17)
▫️ 团队自责分率:4.47(MLB第20)
▫️ 主教练:托里-洛维洛(Torey Lovullo)

来自凤凰城的响尾蛇无疑是2023赛季最大的黑马,杀入世界大赛。虽然功亏一篑,响尾蛇能走到最后一步虽败犹荣。休赛期球队进行了一定程度的引援,他们在今年会继续带来惊喜吗?今天的前瞻,我们走进沙漠之城的蛇穴一探究竟。

新赛季响尾蛇队的关键球员↓↓

科尔宾-卡罗尔(Corbin Carroll),外场手

母亲来自中国台湾的卡罗尔是2023赛季最令人瞩目的新星,业界对他的预期是巧打俊足,卡罗尔实际做得更好。国联最多的10支三垒打体现了他长打力与速度的结合,奖项评选中卡罗尔全票拿下国联最佳新秀,国联MVP也排到第五。事实证明,当响尾蛇扑向道奇准备狠咬一口时,卡罗尔就是那颗尖锐的毒牙。

扎克-加伦(Zac Gallen),先发投手

2022年“眼镜哥”加伦脱颖而出,仅有5.9的每九局被安打率冠绝大联盟,跻身顶级王牌行列。可由于响尾蛇整体投手群的贫弱,今年先发轮值多了罗德里格斯与蒙哥马利的加持,不再需要加伦与凯利勉强苦撑危局。洛维洛对加伦的使用可以更灵活和爱惜,这也有助于响尾蛇的王牌交出更漂亮的成绩单。

加布里埃尔-莫雷诺(Gabriel Moreno),接手

两年前响尾蛇将接手兼外场手道尔顿-瓦肖(Daulton Varsho)送到多伦多蓝鸟,换来小古里埃尔与莫雷诺,现在看来莫雷诺一个人就值回了瓦肖的对价。莫雷诺56次抓偷垒逮住跑垒员21次,在这方面守下的分数是全大联盟最多的。今年24岁的莫雷诺已证明自己是第一流的接手,如果打击方面再有所提升,国联全明星先发非他莫属。

休赛期引援表
引入:
乔丹-蒙哥马利(Jordan Montgomery)
先发投手|游骑兵-> 响尾蛇|签约1年
兰道尔-格里查克(Randal Grichuk)
外场手|天使-> 响尾蛇|签约1年
克里斯蒂安-梅纳(Cristian Mena)
先发投手|白袜-> 响尾蛇|交易
乔克-佩德森(Joc Pederson)
外场手|巨人-> 响尾蛇|签约1年
小洛尔德斯-古里埃尔(Lourdes Gurriel Jr. )
外场手|响尾蛇|续约3年
爱德华多-罗德里格斯(Eduardo Rodriguez)
先发投手|老虎-> 响尾蛇|签约4年
尤海尼奥-苏亚雷斯(Eugenio Suárez)
内场手|水手-> 响尾蛇|交易

转出:
多米尼克-弗莱彻(Dominic Fletcher)
外场手|响尾蛇-> 白袜|交易
奥斯廷-亚当斯(Austin Adams)
后援投手|响尾蛇-> 大都会|签约1年
卡洛斯-瓦尔加斯(Carlos Vargas)
后援投手|响尾蛇-> 水手|交易
塞比-扎瓦拉(Seby Zavala)
接手|响尾蛇-> 水手|交易
凯尔-刘易斯(Kyle Lewis)
外场手|自由球员|
埃文-朗格利亚(Evan Longoria)
内场手|自由球员|
汤米-范(Tommy Pham)
外场手|自由球员|

和去年相比,虽然谈不上“砸锅卖铁”,一番引援操作后响尾蛇的阵容更加完整。只是这个冬天国联西区卷得不行。这支投入适中的球队能将世界大赛冠军奖杯带回沙漠吗?你们觉得这条蛇有多毒?我不是说让你把手伸过去试一下,总之你想到什么都发在评论区吧!
#MLB美职棒大联盟#


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