.Sustainable Chemistry Achieved: Scientists Develop Organic Framework Material That Mimics Photosynthesis
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.Sustainable Chemistry Achieved: Scientists Develop Organic Framework Material That Mimics Photosynthesis
지속 가능한 화학 달성: 과학자들이 광합성을 모방하는 유기 프레임워크 물질을 개발함
주제:화학 공학친환경 에너지싱가포르 있는 작성자: 싱가포르 국립대학교 2024년 3월 3일 추상 광합성 전기 예술 개념
-과학자들은 새로운 공유 유기 구조를 사용하여 물과 공기를 사용하여 과산화수소를 생산하는 새로운 광촉매 방법을 개발했습니다. 이 방법은 에너지 효율적이고 환경 친화적이며 기존의 보다 위험한 안트라퀴논 공정과 뚜렷한 대조를 이룹니다. 싱가포르 국립대학교(NUS)의 과학자들은 물과 공기의 광합성 과정을 통해 과산화수소(H 2 O 2 ) 를 효율적이고 깨끗하게 생산하기 위해 조밀한 공여자-수용체 격자와 공학적 연결을 갖춘 미세다공성 공유 유기 골격을 만들었습니다 . 수소와 산소를 사용하는 안트라퀴논 공정을 통한 전통적인 H 2 O 2 산업 생산은 에너지 집약적입니다. 이 접근법은 독성 용매와 고가의 귀금속 촉매를 사용하며 부반응으로 인해 상당한 폐기물을 생성합니다.
-광합성을 모방하는 6가 공유 유기 골격 물질 그림은 광합성을 모방한 새로 설계된 6가 공유 유기 프레임워크(COF) 물질을 보여줍니다. (왼쪽) 빛은 물질 내의 공여체 사이트에서 수용체 사이트로 전자의 전달을 촉발합니다(빨간색 화살표로 표시). 이 과정은 4개의 양전하를 기증자 부위로 전달한 다음 물 분자를 산소로 분리하는 데 사용됩니다(녹색 화살표로 표시). 수용체 부위에서 두 개의 전자가 산소와 결합하여 과산화수소를 생성합니다(파란색 화살표로 표시). (오른쪽) 재료의 구조는 단일 층 전체에서 전자(노란색으로 표시), 양전하(파란색으로 표시), 물 및 산소의 효율적인 이동을 가능하게 합니다. 이 물질은 자연 광합성과 유사한 방식으로 빛 에너지를 화학 에너지로 변환할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 크레딧: 싱가포르 국립대학교
대조적으로, 산소와 물로부터 H 2 O 2 의 광촉매 생산 은 에너지 효율적이고 온화하며 깨끗한 경로를 제공합니다.
가장 중요한 것은 낮은 활성, 추가 알코올 희생 기증자의 과도한 사용, 순수한 산소 가스 입력의 필요성과 같은 기존 광촉매 시스템의 일반적인 단점을 해결한다는 것입니다. NUS 연구원들의 획기적인 발전 NUS 화학과의 Jiang Donglin 교수가 이끄는 연구팀은 물과 공기로부터 H2O2의 효율적인 인공 광합성을 위한 새로운 유형의 광촉매 를 개발 했습니다 .
-연구진은 고속 광 유도 전하 생성 및 촉매 활성 부위를 위한 공여체-수용체 π 기둥으로 골격이 설계된 6가 공유 유기 골격(COF)을 구축했습니다. 동시에 기공은 반응물인 물과 산소를 즉시 전달하기 위해 수력학적으로 민감한 삼각 미세 다공성 채널로 설계되었습니다. 결과적으로 이러한 6가 COF는 회분식 반응기와 흐름 반응기 모두에서 가시광선에 노출될 때 물과 대기로부터 자발적이고 효율적으로 H2O2 를 생성 합니다 .
실험실 조건에서 COF는 배치 반응기의 420nm 가시광선에서 17.5%의 양자 효율을 보여줍니다. 이 시스템은 자체 청소 표면을 구성하고 소독 처리를 위해 개발될 수 있습니다. 연구 결과는 최근 Nature Catalytic 저널에 게재되었습니다 . Jiang 교수는 “이 연구에서 우리는 광촉매, 전기촉매 및 이종 촉매의 핵심적이고 공통적인 문제, 즉 촉매 부위에 전하와 질량을 효율적으로 공급하는 문제를 성공적으로 해결했습니다. COF의 골격과 기공을 모두 탐구하기 위해 원자 수준에서 정밀한 구조 설계에 중점을 두어 H 2 O 2 생산 을 위한 인공 광합성 시스템을 만들어 전례 없는 광촉매 효율성을 달성했습니다.”
참고: Ruoyang Liu, Yongzhi Chen, Hongde Yu, Miroslav Položij, Yuanyuan Guo, Tze Chien Sum, Thomas Heine 및 Donglin Jiang, 13 2024년 2월, 자연촉매 . DOI: 10.1038/s41929-023-01102-3
촉매 부위로의 전하 이동과 물질 수송은 광촉매에서 중요한 요소입니다. 그러나 본질적인 상충 관계와 상호 의존성으로 인해 두 가지를 동시에 달성하는 것은 어렵습니다. 여기서 우리는 공학적 결합을 갖춘 조밀한 공여자-수용체 격자를 특징으로 하는 미세 다공성 공유 유기 프레임워크를 개발합니다. 공여체-수용체 원주형 π- 배열은 전하 공급망 및 풍부한 물 산화 및 산소 환원 센터로 기능하는 반면, 합리적으로 통합된 산소 원자로 늘어선 1차원 미세 다공성 채널은 촉매 부위에 즉각적인 물과 산소 전달을 위한 정렬된 도관 역할을 합니다. 이 다공성 촉매는 물과 공기와의 광합성을 촉진하여 H 2 O 2 를 생성하며 높은 생산 속도, 효율성 및 전환 빈도를 결합합니다. 이 프레임워크는 금속 조촉매 및 희생 시약 없이 가시광선 하에서 작동하고 회분식 반응기에서 420nm에서 17.5%의 겉보기 양자 효율을 나타내며 흐름 반응기에서 지속적이고 안정적이며 깨끗한 H 2 O 2 생산을 가능하게 합니다.
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메모 2403060800 나의사고실험 qpeoms 스토리텔링
다른 기본입자들과 같이 광자는 양자역학과 입자-파동 이중성 이론을 통해 가장 잘 설명된다. 하나의 현상임에도 파동과 양자라는 두 가지 관측 가능한 모습을 가진 광자의 진짜 성질은 어떤 역학적 모델로도 설명할 수 없다. 과연 그럴까?
qoms모델은 광자의 이중성을 보여준다.
보기1.duality of photons, particle.wave
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pw000000
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촉매 부위로의 전하 이동과 물질 수송은 광촉매에서 중요한 요소이다. 그러나 본질적인 상충 관계와 상호 의존성으로 인해 두 가지를 동시에 달성하는 것은 어렵다. 과연 그렇까?
광촉매와 전하이동은 상호 비의존성을 나타내는 것이 qms.qvixer이다. 이들이 상호의존성을 나타내는 것은 광자와 전하의 분포가 불안정한 상태 때문인데 반드시 그렇지만도 않다. qoms.qixer 안정적인 oms 요소로 인하여 더 커진 단위 3가 나타난다.
Experimental observations of the photoelectric effect
The photoelectric effect must be able to explain the observation experiment of electron emission from a metal surface illuminated by light. There is a certain minimum frequency at which a metal can emit photoelectrons. This frequency is called the threshold frequency. If the number of incident photons is fixed and the frequency of the incident light is increased (at this time, the energy of light can be increased), the maximum kinetic energy of the emitted photoelectrons can be increased. Therefore, the stopping voltage increases. Even if the intensity of light increases, there is no effect on the kinetic energy of photoelectrons. Above the threshold frequency, the maximum kinetic energy of photoelectrons depends on the frequency of light and is independent of this unless the intensity of light is very high. For a given metal and light frequency, the rate at which photoelectrons will be emitted is directly proportional to the light intensity. When the intensity of light is increased, the stopping voltage remains the same, but the intensity of the photocurrent increases. The time difference between the incidence of light and the emission of photoelectrons is very small, less than 1 ns.
A photon, or a bead of light, is a type of basic particle. It is a quantum particle that makes up all electromagnetic waves, including visible light, and a mediating particle of electromagnetic force. The effects of electromagnetic force can be easily observed at the microscopic and macroscopic levels, and since photons do not have mass, interaction over long distances is possible. Like other elementary particles, photons are best explained through quantum mechanics and particle-wave duality theory. Although it is a single phenomenon, the true nature of photons, which have two observable forms, waves and quantum, cannot be explained by any mechanical model. It is also impossible to describe this duality of light and the phase of energy in electromagnetic waves. This is because the positions of the quantum of electromagnetic waves are not spatially limited. The energy of one photon is Planck's constant (speed of light).
-Charge transfer and mass transport to the catalytic site are important factors in photocatalysis. However, it is difficult to achieve both simultaneously due to their inherent trade-offs and interdependencies. Here we develop a microporous covalent organic framework featuring a dense donor–acceptor lattice with engineered bonds.
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Memo 2403060800 My thought experiment qpeoms storytelling
Like other elementary particles, photons are best explained through quantum mechanics and particle-wave duality theory. Although it is a single phenomenon, the true nature of photons, which have two observable forms, waves and quantum, cannot be explained by any mechanical model. Is that really the case?
The qoms model shows the duality of photons.
Example 1.duality of photons, particle.wave
00p000w0
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Charge transfer and mass transport to the catalytic site are important factors in photocatalysis. However, it is difficult to achieve both simultaneously due to the inherent trade-offs and interdependencies. Is that really so?
qms.qvixer shows that photocatalysis and charge transfer are mutually non-dependent. The reason they show interdependence is because the distribution of photons and charges is unstable, but this is not necessarily the case. qoms.qixer A larger unit of 3 appears due to the stable oms element.
Sample oms.vix.a (standard2)
2401030806
vix.a'6//vixx.a(b1,g3,k3,o5,n6)
b0acfd0000e0
000ac0f00bde
0c0fab000e0d
e00d0c0b0fa0
f000e0b0dac0
d0f000cae0b0
0b000f0ead0c
0deb00ac000f
ced0ba00f000
a0b00e0dc0f0
0ace00df000b
0f00d0e0bc0a
sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001
sample pms (standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
0000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0
Sample oss.msbase (standard) -7.5%
zxdxybzyz- zxxyzyz00
zxdzxezxz- zxzxzxz00
xxbyyxzzx- xxyyxzzx0
zybzzfxzy- zyzzxzy00
cadccbcdc-000000000
cdbdcbdbb- 000000000
xzezxdyyx- xzzxyyx00
zxezybzyy- zxzyzyy00
bddbcbdca-000000000
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