纳米反应器中实现“闪电级”电场精准调控化学反应

科技日报厦门6月23日电 (记者谢开飞)闪电是大自然中一种神奇而又具有巨大能量的现象,而在闪电中,局部的电场强度可以达到每米100万伏特以上,在这样的强电场下,一系列化学反应都可以发生。科研人员也在思考,能否制造出这样的强定向电场来实现对化学反应的精准调控从而为人类服务。

记者23日从厦门大学获悉,该校洪文晶教授团队与程俊教授、田中群教授、夏海平教授、白敏冬教授和兰州大学张浩力教授团队合作,在国际上首次利用高达每米1亿伏特的高强度定向电场,在纳米尺度的反应器中实现了对单个分子化学反应速率的选择性调控,为未来基于清洁能源的绿色化学合成提供了新思路。该研究成果22日在线发表于国际期刊《科学⋅进展》上。

化学反应的选择性调控因可以实现绿色、经济的化学品生产而成为化学化工研究人员长期追求的目标,而定向电场催化是具有高效调控能力的绿色技术之一。理论化学家预测,通过改变外加电场方向与化学反应中活化的化学键方向的夹角,可以选择性调控化学反应,以进行高效清洁的绿色化学合成。然而,这一理论预测迟迟无法被实验所证实。

针对这一挑战,该研究团队在国际上率先研发了高强度定向电场下研究化学反应速率的精密科学仪器技术,将单个有机分子定向地连接在两个原子级尺寸的电极之间,从而解决了化学反应中分子的朝向控制问题。在这一过程中,研究人员获得了对单个分子能产生一个强度比闪电中电场强度高出2到3个数量级的高强度定向电场,并发现在一个纳米尺度的反应器中,施加的高强度定向电场对于电场在反应轴方向有分量的化学反应,在反应速率方面有超过一个数量级的显著提升。

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