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美國(guó)西北大學(xué)的化學(xué)家Tobin J. Marks教授，將這類(lèi)聚合物比喻為“一串珍珠”，而他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種催化方法，能夠?qū)㈨?xiàng)鏈拆解并完整地還原為一個(gè)個(gè)的單體結(jié)構(gòu)。以尼龍-6為例，傳統(tǒng)處理方式之一是焚燒。而Marks教授團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，采用了單位點(diǎn)多相催化劑，在均相與多相催化之間架起橋梁。團(tuán)隊(duì)將尼龍-6樣品加熱至熔融狀態(tài)，在無(wú)溶劑條件下使用鑭基催化劑，使其高效解聚為己內(nèi)酰胺單體，回收率最高可達(dá)99%，回收后的單體還可以直接用于再生產(chǎn)尼龍-6。此外，更令人振奮的是，Marks教授還展示了借助鋯基催化劑，在短短18分鐘內(nèi)將聚乙烯迅速降解為輕質(zhì)烷烴的過(guò)程。

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院劉海超教授則關(guān)注生物質(zhì)（如秸稈、稻草、玉米芯等），這類(lèi)自然界中最豐富的可再生碳資源。如何更好地利用它們，一直是全球化學(xué)化工領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。劉海超教授分享了其團(tuán)隊(duì)最新研究進(jìn)展。他們?cè)诜肿訉用娼沂玖松镔|(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的催化反應(yīng)機(jī)理，重點(diǎn)關(guān)注如何精準(zhǔn)切斷生物質(zhì)大分子中的特定化學(xué)鍵（如C–O鍵），以及如何將生物質(zhì)衍生物選擇催化轉(zhuǎn)化為高附加值的化工產(chǎn)品。

在人類(lèi)的能源利用史上，二氧化碳是個(gè)“麻煩制造者”——它是溫室氣體的主要來(lái)源，也是塑料、燃料使用不可避免的排放產(chǎn)物。如何把這類(lèi)分子重新變成甲酸、乙烯這類(lèi)有價(jià)值的化學(xué)品？

答案落在催化上。

加拿大皇家科學(xué)院院士，女王大學(xué)教授Cathleen Crudden展示了對(duì)氮雜環(huán)卡賓（NHC） 分子的探索。通過(guò)調(diào)控NHC的分子結(jié)構(gòu)，研究團(tuán)隊(duì)在金表面成功形成了超穩(wěn)定的自組裝單分子層。在此基礎(chǔ)上，他們還用 NHC 修飾了“金納米團(tuán)簇”（比病毒還要小的金粒子集合）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些金納米團(tuán)簇，在高溫和復(fù)雜溶液里依舊非常穩(wěn)定，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的膦配體團(tuán)簇。研究還發(fā)現(xiàn)，它能在電催化二氧化碳還原反應(yīng)中表現(xiàn)出極高的效率和選擇性。效率高，意味著同樣能耗下，我們能夠?qū)⒏嗟亩趸嫁D(zhuǎn)化為有用分子；而選擇性高，則意味著能避免副產(chǎn)物，使反應(yīng)更可控、更節(jié)能。

北京大學(xué)的常曉俠教授發(fā)現(xiàn)，在氣體擴(kuò)散電極中，真正有活性、在工作的催化劑只有中間的一部分，而最里層和外層的催化劑并不起到直接的催化作用。更有趣的是，活性中間層的位置還會(huì)隨電流大小、電極厚度和氣體濕度的變化而左右移動(dòng)。常曉俠教授這一發(fā)現(xiàn)，將便于優(yōu)化設(shè)計(jì)更高效的電催化電極材料，從而更好實(shí)現(xiàn)二氧化碳“點(diǎn)石成金”。

中國(guó)科學(xué)院院士、南開(kāi)大學(xué)周其林教授介紹了他們?cè)诓粚?duì)稱(chēng)催化領(lǐng)域的新進(jìn)展。他們?cè)O(shè)計(jì)了一類(lèi)具有C?對(duì)稱(chēng)性的N,P-型螺環(huán)配體，并在與銥金屬絡(luò)合后制備出一系列高效催化劑。這些催化劑能夠高選擇性地處理結(jié)構(gòu)差異很小的底物，更重要的是，這些催化劑在重復(fù)使用七次后，仍然保持了優(yōu)異的活性和選擇性。對(duì)于更具挑戰(zhàn)的亞胺類(lèi)化合物，通過(guò)調(diào)節(jié)配體的空間位阻和電子效應(yīng)，也能順利實(shí)現(xiàn)高效的不對(duì)稱(chēng)氫化。這一成果為手性藥物的合成提供了更高效、可持續(xù)的解決方案，未來(lái)諸如抗癌藥、抗糖尿病藥等依賴(lài)手性分子的藥物，都有可能從中受益。

加州大學(xué)圣巴巴拉分校的楊揚(yáng)教授則提出了一項(xiàng)光生物催化方案。生物催化，已逐漸發(fā)展成合成化學(xué)領(lǐng)域的重要部分，同時(shí)也能為人類(lèi)福祉帶來(lái)重大作用。楊揚(yáng)教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)理性設(shè)計(jì)人工酶，并結(jié)合非天然分子單元，開(kāi)發(fā)了一個(gè)可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)的自由基生物催化平臺(tái)。在這一體系中，酶能夠借助光能，完成傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)。該技術(shù)為制藥與生物材料領(lǐng)域提供了全新工具，能夠高效合成肽類(lèi)藥物、生物活性天然產(chǎn)物，及新型功能蛋白所需的關(guān)鍵非天然氨基酸。

催化的重要性不言而喻，ISHHC20 會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)，也有許多專(zhuān)家把目光投向這樣一個(gè)問(wèn)題——如何讓催化研究本身，跑得更快、走得更深。

中國(guó)科學(xué)院大連化物所張濤院士，介紹了團(tuán)隊(duì)在單原子催化領(lǐng)域的最新進(jìn)展。所謂單原子催化，就是把金屬原子“一個(gè)個(gè)”分散到載體上，讓每個(gè)原子都能成為活躍的催化位點(diǎn)。張濤教授指出，未來(lái)建立單原子催化劑數(shù)據(jù)庫(kù)將十分關(guān)鍵，它能揭示單原子催化劑的普適性規(guī)律，將幫助讓我們更快、更深入地理解這些原本就極為復(fù)雜的催化反應(yīng)，大幅降低研發(fā)中的試錯(cuò)成本與周期，加快工業(yè)應(yīng)用進(jìn)程。

美國(guó)伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校趙惠民教授構(gòu)建了從酶設(shè)計(jì)到路徑規(guī)劃的智能計(jì)算體系。酶的能力強(qiáng)大，但在生命體之外，其催化還有很多需要突破的地方。此類(lèi)研究往往需要成千上萬(wàn)次的嘗試，耗時(shí)數(shù)年。趙惠民教授打造了一個(gè) AI驅(qū)動(dòng)的自主實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：通過(guò)集成機(jī)器學(xué)習(xí)算法、機(jī)器人自動(dòng)化與高通量表征技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了"設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)-學(xué)習(xí)"閉環(huán)優(yōu)化，將酶改造周期從數(shù)年縮短至數(shù)周，極大加速了生物催化劑的開(kāi)發(fā)流程。這將為生物制造、可持續(xù)化學(xué)合成等領(lǐng)域提供新的解決方案。

北京大學(xué)高毅勤教授，則闡釋了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)勢(shì)模型在化學(xué)反應(yīng)研究中的應(yīng)用。他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算不同溶液環(huán)境下的反應(yīng)機(jī)理，建立理論模型，并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)與增強(qiáng)取樣方法，從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度全面分析反應(yīng)過(guò)程。這讓科學(xué)家能夠在微觀尺度上更清楚地理解溶液環(huán)境如何影響化學(xué)反應(yīng)。這一模型已被應(yīng)用于多個(gè)前沿體系，如克萊森重排、錳催化的羰基插入，以及鈀催化的動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)研究。這為復(fù)雜反應(yīng)體系的動(dòng)力學(xué)模擬提供更多可能。

在會(huì)場(chǎng)，我們也看到很多對(duì)催化研究充滿熱情的年輕人，此次共有19名學(xué)生獲優(yōu)秀海報(bào)獎(jiǎng)。

上面的這些，只是本次ISHHC20大會(huì)的一小部分，更難以概括催化研究的浩瀚版圖。此次會(huì)議給出的，不只是125場(chǎng)報(bào)告，而是一幅幅關(guān)于未來(lái)的圖景：更清潔的能源、更綠色的化工、更有效的藥物、更智能的材料……

當(dāng)我們談?wù)摯呋鋵?shí)正是在談?wù)撆c自己息息相關(guān)的周遭的一切。

大會(huì)雖已落幕，但思想的“催化”仍在繼續(xù)。

也許在不久的將來(lái)，我們每個(gè)人都將切身感受到，這些催化領(lǐng)域的前沿成果，如何讓世界加速變得更好。