驚奇元素鈾:除了核燃料,還能做催化劑

2020-12-03 DeepTech深科技

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根據最新研究,鈾除了做核燃料之外還有新的作用:作為化學反應催化劑來生產新一代藥物和塑料。

該研究發表在《自然-通訊》上。文章主要作者,曼徹斯特大學教授 Steven Liddle 說道:「毫無疑問,公眾對鈾的印象極差。但對我而言它只是元素周期表中的一個元素。問題在於你用它做什麼。」

Liddle 和團隊已經花費數年時間來研究鈾的基本特性,希望在化學工業為這個被誤解的金屬元素正名。

鈾屬於錒系元素。鑭系元素與錒系元素位於元素周期表的低端,被單獨列出來。這些重金屬元素在化學工業中被用作催化劑,但它們化學性質相似,所以化學家在尋找新催化劑時對它們興趣索然。

通常,元素周期表中催化劑的富集區域在過渡金屬元素區。這些金屬位於元素周期表的中心區域,它們的電子結構使得它們更利於破壞和形成分子鍵。

現在,Liddle 和團隊證明了,之前通常由過渡金屬催化的兩個化學反應鈾也可以參與。這意味著鈾可能獲得之前無法達到的新的化學性質。團隊在鈾中加了含氮分子來改變鈾的化學行為,並最終實現了鈾的反應性的改變。

曼徹斯特大學的研究人員已經表明,鈾可以參與「氧化加成」和「還原消除」兩個重要反應過程。氧化加成是一個金屬原子(M)插入到兩個元素(比如碳和氧)的化學鍵之間,將 C-O 鍵轉化為 C-M-O 分子。

還原消除反應與氧化加成恰好相反,即金屬被踢出去,原來與金屬相連的兩個元素相互結合成化學鍵。

這種破壞與產生化學鍵的能力通常只有過渡金屬才有,化學家可以用它合成各種類型的有機分子,並得到更好的燃料、藥品、農用化學品及塑料。鈾參與這些反應的能力將過渡金屬與鑭系及錒系元素的化學性質聯繫在一起。它提供了一種新型混合催化劑的可能性,這可能是一種前所未有的性質。

這一化學反應距離生產新產品還有很長的路,但它卻顯示出元素周期表內那些微不足道的元素所具有的巨大潛能,看似最不可能的元素反而有可能就是下一個科學突破的關鍵。

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