催化劑能催化化學(xué)反應(yīng)，但自身不會(huì)改變的物質(zhì)。催化反應(yīng)常見(jiàn)核心問(wèn)題是輔助電子轉(zhuǎn)移和反應(yīng)物接觸，其中電子轉(zhuǎn)移主要是利用過(guò)渡金屬元素的協(xié)助，氫氣作為一種獨(dú)特的物質(zhì)，是否能在催化反應(yīng)中發(fā)揮獨(dú)特作用，值得研究和考慮。進(jìn)一步推測(cè)，在生物體系中，電子傳遞也普遍存在，酶催化也是基本反應(yīng)模式，那么氫氣是否會(huì)影響和干擾電子傳遞過(guò)程，如果能產(chǎn)生這種作用，或許就是我們一直希望了解的氫氣發(fā)揮作用的關(guān)鍵模式。2015年，英國(guó)學(xué)者發(fā)現(xiàn)氫氣可以在動(dòng)物體內(nèi)被大量消耗，這說(shuō)明氫氣的生物利用率非常高，如果沒(méi)有酶催化協(xié)助，氫氣在濃度低，體溫條件的身體內(nèi)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)降解的可能性幾乎為零。這一可觀變化一定隱藏著氫氣生物學(xué)效應(yīng)的巨大秘密。

重要進(jìn)展：歐洲科學(xué)家證明氫氣抗氧化作用遠(yuǎn)超預(yù)期

個(gè)人認(rèn)為，氫氣應(yīng)該是一種蛋白酶活性調(diào)節(jié)劑，這種調(diào)節(jié)方式是與一些金屬離子形成互動(dòng)調(diào)節(jié)，提高或降低酶活性。因此應(yīng)該開(kāi)展氫氣對(duì)各種酶活性直接調(diào)節(jié)作用的研究，或許能找到氫氣作用的目標(biāo)分子。氫氣對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)作用可能具有廣譜性、溫和性和優(yōu)化性特征。活性調(diào)節(jié)劑其實(shí)也廣泛存在，例如氧化還原狀態(tài)、溫度、酸堿度和滲透壓都可以屬于廣泛的酶活性調(diào)節(jié)劑。氫氣只不過(guò)是一種過(guò)去沒(méi)有被認(rèn)識(shí)到的方式。

1794年，蘇格蘭化學(xué)家伊麗莎白·富勒姆在她的書(shū)中，寫(xiě)過(guò)關(guān)于燃燒的內(nèi)容。她注意到一個(gè)奇怪現(xiàn)象，碳或煤在潮濕情況下燃燒更容易。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，她確認(rèn)這一現(xiàn)象并得出結(jié)論，認(rèn)為水能在高溫下分解為氫氣和氧氣，氫氣氧氣和其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，能促進(jìn)燃燒反應(yīng)，但會(huì)再次形成等量的水。也就是說(shuō)，水參與了反應(yīng)，但總量沒(méi)有改變。科學(xué)歷史學(xué)家認(rèn)為，這是催化劑科學(xué)描述，催化劑是能促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，但本身不被消耗的材料。加州大學(xué)圣巴巴拉分校蘇珊娜·斯科特說(shuō)，沒(méi)有催化劑就沒(méi)有現(xiàn)代化學(xué)，催化劑作用非常強(qiáng)大，不僅是化學(xué)反應(yīng)的條件，而且能決定化學(xué)反應(yīng)的方向和方式。

90%的工業(yè)化學(xué)過(guò)程使用催化劑，在能源、石化、藥物和化肥等產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程更為重要。至少15個(gè)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)是頒發(fā)給催化劑研究，世界上仍然有千萬(wàn)名化學(xué)家正在努力發(fā)明和優(yōu)化催化劑。使用催化劑的目的是獲得精確可控的反應(yīng)、減少反應(yīng)步驟和節(jié)約能源資源，這是化學(xué)工業(yè)可持續(xù)性的必然要求，也有利于解決日益嚴(yán)峻的異常氣候和環(huán)境污染問(wèn)題。催化劑是“綠色化學(xué)”的一個(gè)重要特征和實(shí)現(xiàn)途徑。催化劑也是解決能源危機(jī)的重要依據(jù)，是使用比傳統(tǒng)化石燃料更惰性也更清潔能源的基本手段。例如利用催化劑更容易地把水分解為氫氣和氧氣，高效利用生物原料和二氧化碳。密歇根大學(xué)化學(xué)家梅蘭妮·桑福德認(rèn)為，這些模式在思路和技術(shù)上都已經(jīng)接近成熟。

這些需求極大地推動(dòng)著催化劑的創(chuàng)新研究，催化劑方面學(xué)術(shù)論文在過(guò)去十年增加了2倍。許多小組正在發(fā)明小分子復(fù)合物催化劑，或?qū)Φ鞍追肿舆M(jìn)行化學(xué)裁剪尋找具有新催化活性的酶。也有研究小組采用納米技術(shù)，在原子尺度設(shè)計(jì)固體催化劑。也有研究小組正嘗試光催化劑，或者借助DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。創(chuàng)新高速度發(fā)展也給這個(gè)領(lǐng)域的學(xué)者帶來(lái)很大壓力。美國(guó)能源部為新催化劑性能建立基準(zhǔn)的負(fù)責(zé)人斯科特說(shuō)，必須努力確保在推進(jìn)科學(xué)進(jìn)步方面的很高效率。

加州大學(xué)博客里分校化學(xué)家John Hartwig說(shuō)，20年前這個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有人能對(duì)復(fù)雜分子進(jìn)行精細(xì)改造操作，大家都是先把復(fù)雜結(jié)構(gòu)拆散，然后再進(jìn)行組裝。但是現(xiàn)在不同了，化學(xué)家能對(duì)分子的一部分進(jìn)行精細(xì)編輯。

催化劑就像反應(yīng)和產(chǎn)物之間的快捷方式，讓化學(xué)反應(yīng)繞過(guò)許多途徑，加快反應(yīng)速度。催化劑就好像兩個(gè)地點(diǎn)之間的多車(chē)道高速公路，或者是一種高效反應(yīng)分子混合器。

催化選擇性是催化劑性能的重要參數(shù)之一，催化選擇性是指所消耗的原料中轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物的分率，選擇性的度量一般為選擇性因子σ（反應(yīng)速率常數(shù)之比），催化選擇性說(shuō)明了主副反應(yīng)進(jìn)行程度的相對(duì)大??；主要包括反應(yīng)選擇性、底物選擇性和產(chǎn)物選擇性。

（1）反應(yīng)選擇性：反應(yīng)物沿著某一途徑進(jìn)行的程度，與沿其他途徑進(jìn)行反應(yīng)程度的比較，即為催化劑對(duì)于某一反應(yīng)的選擇性。如果兩種物質(zhì)A1和A2的混合物，使用同一催化劑催化，分別生成產(chǎn)物B1和B2，反應(yīng)式（通常是競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)）：

（2）底物選擇性：對(duì)于一類(lèi)催化底物發(fā)生反應(yīng)而對(duì)其他底物不反應(yīng)，其中很典型的一類(lèi)是擇形選擇性，常見(jiàn)于分子篩、MOF、COF和CMP等多孔催化劑，由于底物分子尺寸不一，催化位點(diǎn)在孔道中，底物分子尺寸過(guò)大，進(jìn)入不了孔道之中，因此不能發(fā)生催化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)底物的選擇性。如COF則型催化：

（3）產(chǎn)物選擇性：只有一種原料，但是有不同的反應(yīng)方向，由此實(shí)現(xiàn)底物選擇性。

關(guān)于出現(xiàn)催化選擇性的原因：

（1）由于反應(yīng)機(jī)理不同導(dǎo)致選擇性，不同催化劑對(duì)特定的反應(yīng)體系有選擇性，稱(chēng)為機(jī)理選擇性。如乙醇在氧化物催化劑上的脫水和脫氫：

（2）催化劑因催化劑結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致的選擇性，稱(chēng)為擴(kuò)散選擇性，當(dāng)反應(yīng)物在催化劑孔內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程為速控步驟時(shí)，可實(shí)現(xiàn)擇形選擇性。

（3）熱力學(xué)的原因，稱(chēng)為熱力學(xué)選擇性。如：乙烯與乙炔的選擇性加氫，乙烯的加氫速度大于乙炔，但當(dāng)乙烯與乙炔共同存在時(shí)，乙烯的加氫速度慢于乙炔，主要由于乙炔在活性中心的吸附作用，在熱力學(xué)上優(yōu)于乙烯，使乙烯在反應(yīng)條件下完全不能吸附，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)乙炔較好的底物選擇性。

對(duì)任何一種工業(yè)催化劑來(lái)說(shuō)，都要具有很高的選擇性，催化活性與選擇性不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)，常常以犧牲活性來(lái)?yè)Q取選擇性；由此可知選擇性的重要性。例如，在乙烯聚合反應(yīng)中，如果原料乙烯中含有微量乙炔（如10 ppm），那么所得聚合物中就會(huì)含有少量三鍵，生成有色的雜質(zhì)聚合物，使產(chǎn)品質(zhì)量明顯下降。除去乙炔的好方法就是把活性的三鍵進(jìn)行選擇加氫，但是在一般情況下加氫時(shí)，往往會(huì)有部分乙烯的雙鍵也被氫化，所以要把三鍵加氫，而同時(shí)又不涉及雙鍵，那就需要用高選擇性的催化劑。目前，工業(yè)上已有一種這樣的催化劑—Pd/Al2O3，可以取代常用的鉑（Pt）和鎳（Ni）催化劑，而且Pd的價(jià)格僅是Pt價(jià)格的四分之一，解決了從乙烯中除去雜質(zhì)乙炔的問(wèn)題。

堿土金屬氧化物中的MgO、CaO和SrO2是典型的固體堿催化劑。AlCl3、FeCl3是典型的固體L酸催化劑。Al2O3有多種不同的晶型變體。作為催化劑來(lái)說(shuō)，很重要的是γ-Al2O3和η-Al2O3兩種，二者都系有缺陷的尖晶石結(jié)構(gòu)。比較穩(wěn)定的是無(wú)水的α-Al2O3，它是O=離子的六方很緊密堆砌體，Al3+離子占據(jù)正八面位的2/3。各種變型的Al2O3在1470℃以上熔化，一般都轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3。

復(fù)合氧化物SiO2-Al2O3，TiO2占主要組分的TiO2-SiO2的和SiO2占主要組分的SiO2-TiO2都是酸性催化劑。ZnO-SiO2無(wú)論誰(shuí)為主要組分都不具有酸性。Al2O3系列二元氧化物中，用得較廣泛的是MoO3/Al2O3，加氫脫硫和加氫脫氮催化劑，就是用Co或者Ni改性的Al2O3-MoO3二元硫化物體系。Co-MoO3/Al2O3或Ni-MoO3/Al2O3在Al2O3中原來(lái)只有L酸位，將MoO3引入形成了B酸位，Co或Ni的引入是阻止L酸位的形成，中等強(qiáng)度的L酸位在B酸位共存時(shí)有利于加氫脫硫的活性。L酸位和B酸位共存，有時(shí)是協(xié)同效應(yīng)；有時(shí)L酸位在B酸位鄰近的存在，主要是增強(qiáng)B酸位強(qiáng)度，因此也就增加了它的催化活性。有的反應(yīng)雖不為酸所催化，但酸的存在會(huì)影響反應(yīng)的選擇性和速率。

γ-Al2O3表面有強(qiáng)酸部位和弱酸部位；強(qiáng)酸位是催化異構(gòu)化反應(yīng)的活性部位，弱酸位是是催化脫水反應(yīng)的活性部位。固體酸催化劑表面上存在一種以上的活性部位，是它們的選擇性特性所在。一般涉及C-C鍵斷裂的反應(yīng)，如催化裂化、骨架異構(gòu)、烷基轉(zhuǎn)移和歧化反應(yīng)，都要求強(qiáng)酸中心；涉及C-H鍵斷裂的反應(yīng)如氫轉(zhuǎn)移、水合、環(huán)化、烷基化等，都需要弱酸中心。

均相酸堿催化反應(yīng)機(jī)理和速率方程

酸堿催化一般經(jīng)過(guò)離子型的中間化合物，即經(jīng)過(guò)正碳離子或負(fù)碳離子進(jìn)行的。

如，AlCl3(L酸)作用下的苯與鹵代烴的反應(yīng)（弗-克反應(yīng)），AlCl3是路易斯酸，接受電子對(duì)產(chǎn)生正碳離子，在酸催化中包含了催化劑分子把質(zhì)子轉(zhuǎn)移給反應(yīng)物。因此催化劑的效率常與催化劑的酸強(qiáng)度有關(guān)。在酸催化時(shí)，酸失去質(zhì)子的趨勢(shì)可用它的離解常數(shù)來(lái)衡量所以酸催化常數(shù)應(yīng)與酸的離解常數(shù)成比例。對(duì)于堿催化的反應(yīng)，堿催化常數(shù)應(yīng)與堿的離解常數(shù)成比例。以廣義酸催化作用為例，一般機(jī)理是：反應(yīng)物S先與廣義酸HA作用，生成質(zhì)子化物SH+，然后質(zhì)子轉(zhuǎn)移，得到產(chǎn)物P，并產(chǎn)生一個(gè)新質(zhì)子，SH++H2O P+HO

其速率方程，由于質(zhì)子化物是一個(gè)活潑的中間體，可用穩(wěn)態(tài)處理法，由于是稀溶液，可作為定值。進(jìn)一步考慮廣義酸HA的解離平衡，HA+H2O=H3O++A-(6.1.6)

KHA為解離平衡常數(shù)。代入式（6.1.5）得這就是所得的速率方程，可以區(qū)別兩種極端的情況：

若k2>>k-1cA-，即k2cH+>>k-1KHAcHA(6.1.8)，中間物反應(yīng)極快。反應(yīng)由步驟1控制，速率正比于廣義酸的濃度，是所謂廣義酸催化。

若k2<<><k-1ca-<>，中間物反應(yīng)極慢，反應(yīng)由步驟2控制，速率正比于氫離濃度，是所謂氫離子催化。在一定pH下為一級(jí)反應(yīng)，蔗糖在稀酸溶液中水解即為例。

你知道嗎？鹽的用途很多，除了可以食用外，也是人工增雨的主要催化劑之一。

那么，此刻的你是否會(huì)冒出一個(gè)想法：到廚房抓上一把食鹽，往空中的云層一撒，能否達(dá)成增雨目的？

其實(shí)不能。一般來(lái)說(shuō)，一顆食用鹽粒直徑大約為0.1毫米，即100微米左右。這個(gè)頭，對(duì)于絕大多數(shù)食物來(lái)說(shuō)，是十分微小不過(guò)。但對(duì)于空中的水汽來(lái)說(shuō)，一顆食鹽鹽粒卻是個(gè)頭巨大的家伙，因?yàn)樵跊](méi)有形成降雨的云層里，一般來(lái)說(shuō)，水汽分子的大小只有5-10微米。將一把食鹽鹽粒拋向空中的云層，猶如是往棉花糖上丟鉛球，因重力原因，鹽粒已達(dá)到下落標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)穿過(guò)云層直愣愣地往下落。所以可以想象，當(dāng)作業(yè)人員在飛機(jī)里向云中拋撒一把食鹽，鹽粒會(huì)飄飄灑灑地落下去，而云，還是那片云。

那么，鹽是如何做到對(duì)云增雨的呢？

鹽主要用于暖云增雨。暖云自然降水時(shí)，云滴直徑一般要達(dá)到100微米以上，才可以打敗上升氣流，形成雨滴往地面落。當(dāng)暖云中水汽十分充沛，水汽粒子直徑一般只有5微米到10微米，這些粒子自由地懸浮在空中，因?yàn)樽陨矸浅］p，并不會(huì)往下掉。如果抓住時(shí)機(jī)往云中播撒鹽粉，因?yàn)辂}粉的到來(lái)，水汽粒子便團(tuán)結(jié)一處，等到水汽粒子直徑增長(zhǎng)到數(shù)十微米后，依然不斷與周?chē)∷闻鲎埠喜?，克服上升氣流變成雨滴落下?lái)。

因此說(shuō)，鹽作為吸濕劑增雨是事實(shí)，也確有年頭。只是要增雨，就要先給鹽粒做好“瘦身”工作。早期給暖云增雨的鹽粒，經(jīng)過(guò)物理方法進(jìn)行研磨，直到其直徑小到30微米左右。但因?yàn)閭€(gè)頭還是偏大，當(dāng)把這些鹽粉撒進(jìn)云中，產(chǎn)生的增雨效果并不是很好。

經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐，現(xiàn)在采取的是化學(xué)方法，通過(guò)物質(zhì)間的燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生1微米以下的鹽粒（氯化鉀、氯化鈉）。這些鹽粒因個(gè)子微小，很適合作為云中水汽的玩伴，它們被送進(jìn)云中，能與水汽分子們緊密結(jié)合，在這個(gè)過(guò)程中不斷吸濕、碰撞、變大。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，播撒同等體積的鹽粉，直徑越小的鹽粒，催生出的雨水也越多。

在實(shí)際操作中，用人工方法對(duì)冷云增雨更為常見(jiàn)。通俗來(lái)講，就是通過(guò)催化劑使得云中的冰晶越來(lái)越多、越來(lái)越大，然后沉降融化成雨。冷云增雨的催化劑有成冰劑（比如碘化銀），還有能使氣溫驟降的制冷劑（比如干冰、液態(tài)二氧化碳、液態(tài)氮等）。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，人工影響天氣催化劑分為成冰劑、致冷劑和吸濕劑三類(lèi)。

成冰劑：主要用于-6℃~-20℃的冷云催化作業(yè)。碘化銀是很常用成冰劑之一，其晶體結(jié)構(gòu)與冰晶相似，是制造冰晶的高手。碘化銀微小顆粒主要通過(guò)化學(xué)方法獲得，在人影飛機(jī)上，工作人員把一定比例的化學(xué)成分和助燃劑點(diǎn)燃，當(dāng)溫度達(dá)到2000℃以上時(shí)，生成的碘化銀瞬間氣化，在空氣中遇冷又快速凝華，微小的碘化銀粒子立即進(jìn)入云層進(jìn)入工作狀態(tài)參與成冰。一般來(lái)說(shuō)，每克碘化銀中能分化出1013到1014個(gè)碘化銀粒子。

致冷劑：用于0℃~-6℃對(duì)流云或?qū)訝钤拼呋鳂I(yè)，有干冰、液氮、丙烷等成員。干冰是固體的二氧化碳，它的升華溫度是-78.5℃，增溫后直接由固態(tài)升華成氣態(tài)，1克干冰能產(chǎn)生出幾百億個(gè)冰晶，是個(gè)制冷能手。液氮的沸點(diǎn)為-195.8℃，丙烷的沸點(diǎn)為-80℃，其工作原理與干冰相似。

吸濕劑：用于0℃以上暖云催化作業(yè)。有氯化鈉（食鹽）、氯化鈣、硝酸銨、尿素等成員，1克食鹽能催化出幾千萬(wàn)個(gè)雨滴胚胎。

從重量來(lái)說(shuō)，1克催化劑能催化出一千至幾百億不等的冰核或雨滴胚胎、冰晶，因此每次作業(yè)只需少量催化劑就能高效完成任務(wù)。

從成分來(lái)說(shuō)，比如致冷劑干冰、液氮，參與完成增雨任務(wù)后，汽化成為二氧化碳和氮?dú)狻鼈兌际强諝獾慕M成成員。再比如吸濕劑食鹽、尿素等，它們?cè)揪蛠?lái)源于自然界，增雨結(jié)束后又回歸自然界。所以說(shuō)，它們都屬于生態(tài)安全的催化劑，當(dāng)然不會(huì)污染環(huán)境。

再比如使用頻率較多的碘化銀，飛機(jī)增雨作業(yè)和火箭作業(yè)的使用量都非常小，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示，作業(yè)區(qū)域水體和土壤中積累的銀離子濃度遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的濃度。

因此，正確使用人影催化劑不會(huì)造成環(huán)境污染。

產(chǎn)品性能

本品是一種超支鏈吉米奇(Gemini)陽(yáng)離子表面活性劑,由特殊非離子表面活性劑改性而成。兼有非離子和陽(yáng)離子雙重性能，綠色環(huán)保;不含磷、甲醛、APEO、NPEO;具有較高的表面活性，良好的分散能力、剝離能力、抗菌、抗靜電能力等。

產(chǎn)品特點(diǎn)

1.水溶性良好,泡沫低,無(wú)濁點(diǎn),適用于25℃～85℃清洗。

2.pH值近中性無(wú)刺激,常溫及高溫均無(wú)異味,不易燃不易爆，綠色環(huán)保。

3.耐強(qiáng)酸 (鹽酸/硫酸/醋酸/檸檬酸) 100g/L以上,耐強(qiáng)堿(NaOH)100g/L，適用于配制各種酸性、中性、堿性水性脫脂劑和除油粉。

4.兼容性好，能與各種表面活性劑兼容而不產(chǎn)生沉淀。

5.適用模式廣：適用于浸泡、超聲波、電解除油等清洗方式。

產(chǎn)品用途

1. 涂裝前處理脫脂劑;2.電鍍前處理脫脂劑;3.各種硬表面脫脂劑如:五金配件、發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)床、塑料、大理石等等。
2. 

包裝、運(yùn)輸、貯存

1.本產(chǎn)品采用200kg藍(lán)色塑料桶包裝，亦可根據(jù)客戶要求定制。

2.本產(chǎn)品應(yīng)存于無(wú)光線照射的陰涼處，運(yùn)輸時(shí)應(yīng)防日曬、雨淋和高溫。本品為非危險(xiǎn)品。

此類(lèi)活性劑常見(jiàn)的有脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉和十二烷基硫酸鈉。脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉別名ＡＥＳ,醇醚硫酸鈉。它易溶于水,活性物含量70%時(shí)外觀為淡黃色粘稠液體(半透明),穩(wěn)定性次于一般磺酸鹽。在ｐＨ4以下很快水解,但在堿性環(huán)境下水解穩(wěn)定性好。在30℃3天,ｐＨ2、ｐＨ4、ｐＨ10條件下,水解率分別是100%和50%及0。刺激性小,10%溶液刺激指數(shù)2.3。生物降解率為90%以上。ＬＤ50為1800ｍｇ/ｋｇ。

十二烷基硫酸鈉別名ＡＳ、Ｋ12、椰油醇硫酸鈉,月桂醇硫酸鈉、發(fā)泡劑。它溶于水,25℃水中溶解度15左右,但水溶程度次于ＡＥＳ。對(duì)堿和硬水不敏感,但在酸性條件下穩(wěn)定性次于一般磺酸鹽,接近于ＡＥＳ,長(zhǎng)期加熱不宜超過(guò)95℃,刺激性在表面活性劑中層中等水平,10%溶液刺激指數(shù)3.3,高于ＡＥＳ,低于ＬＡＳ。ＬＤ50為1300ｍｇ/ｋｇ。

ＡＥＳ在洗發(fā)香波、淋浴液、餐具液體洗滌劑(洗潔精),衣用液體洗滌劑中都可應(yīng)用。在應(yīng)用時(shí)如果ｐＨ值質(zhì)量指標(biāo)允許,應(yīng)盡可能把ｐＨ值調(diào)高些,如中性或偏堿性。當(dāng)必須在ｐＨ值較低的條件下(洗發(fā)香波中)使用ＡＥＳ時(shí),一般是使用其乙醇胺鹽。ＡＥＳ的水溶性比ＡＳ更好;在常溫下本身就可配成任何比例的透明水溶液。ＡＥＳ不僅比ＬＡＳ在液體洗滌劑中的應(yīng)用更為廣泛,同時(shí)配伍性更好;能夠與許多表面活性劑二元復(fù)配或多元復(fù)配成透明水溶液。ＡＥＳ在合成表面活性劑中,產(chǎn)量居第三,價(jià)格低于ＡＳ,2002年70%ＡＥＳ價(jià)格為8500元/ｔ。ＡＥＳ突出的優(yōu)點(diǎn)是刺激性小,水溶性好,配伍性好,在防皮膚干裂粗糙方面表現(xiàn)好;缺點(diǎn)是在酸性介質(zhì)中的穩(wěn)定性稍差———必須控制ｐＨ遠(yuǎn)大于4,去污力次于ＬＡＳ、ＡＳ。

ＡＳ在液體洗滌劑中應(yīng)用,要注意ｐＨ介質(zhì)條件———酸度不太高;在洗發(fā)香波中應(yīng)用必須是使用其乙醇胺鹽或銨鹽;在淋浴液中往往是使用其乙醇胺鹽或銨鹽。使用其乙醇胺鹽不僅可增加耐酸穩(wěn)定性,還有益于降低刺激性。10%的三乙醇胺鹽刺激指數(shù)3.0。ＡＳ在餐具液體洗滌劑中的應(yīng)用頻次少,亦很少作主表面活性劑即配方用量少,主要原因是對(duì)降低產(chǎn)品成本不利,其次是這類(lèi)產(chǎn)品對(duì)發(fā)泡性幾乎無(wú)要求。ＡＳ在合成表面活性劑中,產(chǎn)量居第5位,價(jià)格較高,2002年,粉狀價(jià)格為15000元/ｔ。ＡＳ除發(fā)泡性好和去污力強(qiáng)外,其它方面的使用性能都不如ＡＥＳ。如耐酸穩(wěn)定性略差一點(diǎn),刺激性也相對(duì)是較大———只是小于ＬＡＳ,在常見(jiàn)陰離子表面活性劑中價(jià)格也是非常高。

兩性表面活性劑指兼有陰離子和陽(yáng)離子性親水基的表面活性劑,因此這種表面活性劑在酸性溶液中呈陽(yáng)離子性,在堿性溶液中呈陰離子性,而在中性溶液中有類(lèi)似非離子的性質(zhì)。兩性表面活性劑易溶于水,溶于較濃的酸、堿溶液,甚至在無(wú)機(jī)鹽的濃溶液中也能溶解,耐硬水性好,對(duì)皮膚刺激性小,織物柔軟性好,抗靜電性好,有良好的殺菌作用,與各種表面活性劑的相容性好。

這類(lèi)產(chǎn)品在較寬的ｐＨ范圍內(nèi)都可應(yīng)用,但從不同酸堿介質(zhì)條件下所對(duì)應(yīng)的離子狀態(tài)來(lái)看,在酸性和中性條件下所表現(xiàn)的性能應(yīng)該比堿性條件下更好。一般來(lái)說(shuō),兩性離子表面活性劑的價(jià)格高于非離子表面活性劑。

重要的兩性表面活性劑品種有十二烷基二甲基甜菜堿、羧酸鹽型咪唑啉等。與陰離子表面活性劑比較,非離子表面活性劑的性能更全面,缺陷少———僅去污力和起泡性差一些;與非離子表面活性劑比較,兩性表面活性劑的某些性能更優(yōu),其余性能也不落后。兩性表面活性劑比一般非離子表面活性劑有更好的發(fā)泡能力———ＡＥ的發(fā)泡能力差;更好的殺菌能力———相對(duì)非離子和陰離子;更好的調(diào)理性。因此,在液體洗滌劑中,兩性表面活性劑主要是應(yīng)用于洗發(fā)香波,其次是淋浴液等皮膚清潔劑。

陽(yáng)離子表面活性劑

常見(jiàn)陽(yáng)離子表面活性劑品種有十六烷基二甲基氯化銨(1631),十八烷基三甲基氯化銨(1831),陽(yáng)離子瓜爾膠(Ｃ-14Ｓ),陽(yáng)離子泛醇、陽(yáng)離子硅油、十二烷基二甲基氧化胺(ＯＢ-2)等等。陽(yáng)離子表面活性劑不同于其它表面活性劑,去污力和起泡性差,往往有一定的刺激性毒性(低)。

陽(yáng)離子表面活性劑在液體洗滌劑中是作為輔助表面活性劑———配方用量很少的調(diào)理劑組分;一般是用于較高檔次產(chǎn)品,主要用于洗發(fā)香波。陽(yáng)離子表面活性劑不直接與陰離子表面活性劑配伍,陽(yáng)離子與陰離子配伍有出現(xiàn)好結(jié)果的可能性,但出現(xiàn)沉淀(結(jié)晶)的風(fēng)險(xiǎn)性較大。

應(yīng)用于洗發(fā)香波的陽(yáng)離子表面活性劑品種多,使用頻次也較為分散———不是集中使用某一個(gè)或兩個(gè)品種,并且經(jīng)常配制成調(diào)理劑商品。陽(yáng)離子表面活性劑在表面活性劑中的產(chǎn)量份額少,價(jià)格也往往比其它類(lèi)別表面活性劑貴。與各種類(lèi)型表面活性劑相比,陽(yáng)離子表面活性劑的調(diào)整作用最突出,殺菌作用最強(qiáng);盡管有去污力差,起泡性差,配伍性差、刺激性大,價(jià)格昂貴等缺點(diǎn),但作為調(diào)整劑組分在高檔次液體洗滌劑洗發(fā)香波中不是其它類(lèi)型表面活性劑所能替代的。值得注意的是,陽(yáng)離子表面活性劑也只能作為調(diào)理劑組分或殺菌劑來(lái)使用。

由于樣品FeN?-Ti?C?S?表現(xiàn)出較高的ORR活性，文章進(jìn)一步使用開(kāi)發(fā)的FeN?-Ti?C?S?催化劑，采用耐堿性雙網(wǎng)絡(luò)PANa和纖維素水凝膠(PANa-纖維素)作為可拉伸固態(tài)電解質(zhì)，共同構(gòu)建了可拉伸和耐磨的纖維狀ZAB。圖4a示出了它可以拉伸超過(guò)1000%應(yīng)變而沒(méi)有任何斷裂和可見(jiàn)的裂紋，拉伸性能優(yōu)異。纖維狀ZAB的結(jié)構(gòu)如圖4 b所示，采用水凝膠電解質(zhì)先包覆Zn彈簧電極，然后拉伸，最后包覆FeN?-Ti?C?S?負(fù)載的碳紙作為空氣電極。纖維狀ZAB在初始狀態(tài)和800%拉伸狀態(tài)下的充放電曲線和相應(yīng)的功率密度如圖4c、d所示。ZAB在初始狀態(tài)下的最大功率密度為133.6mW·cm?2，在800 ℃拉伸狀態(tài)下的最大功率密度為182.3mW·cm?2，表明電池是可拉伸的，在拉伸狀態(tài)下的電化學(xué)性能良好。此外，電池表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在2 mA cm?2下穩(wěn)定循環(huán)110 h，如圖4e所示。為了證明其耐磨性，如圖4f、g所示，將兩個(gè)長(zhǎng)10cm、直徑2mm的纖維形ZAB編織成腕帶并連接到手套上。該腕帶可以為穿戴手套上的一組LED供電，證明了基于所制備的FeN?-Ti?C?S?催化劑的這種高效可拉伸和可穿戴的纖維狀ZAB的可行性。

制備的PANa-纖維素水凝膠的拉伸應(yīng)力與應(yīng)變曲線，插圖是這種水凝膠電解質(zhì)的初始和拉伸狀態(tài)的光學(xué)照片；(b) 可拉伸纖維狀ZAB的示意圖；(c) 纖維形ZAB在初始和800%拉伸狀態(tài)下的充放電曲線；(d) 纖維形ZAB在初始和800%拉伸狀態(tài)下的放電曲線和功率密度曲線；(e) 纖維狀ZAB在2 mA cm?2下的循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試；(f) 兩個(gè)纖維形狀的ZABs(長(zhǎng)：10 cm，直徑：2 mm)編織成腕帶的照片；(g) 此腕帶與手套相連的照片；(h) 此腕帶連接到手套為一組LED供電的照片

ORR電催化活性的來(lái)源

文章采用UPS研究了FeN?-Ti?C?和FeN?-Ti?C?S?樣品的能帶結(jié)構(gòu)。如圖5a所示，F(xiàn)eN?-Ti?C?的截止能為17.1，F(xiàn)eN?-Ti?C?S?的截止能為17.23。進(jìn)一步估算出其功函數(shù)(Φ)和價(jià)帶最大值(EV)發(fā)現(xiàn)，與FeN?-Ti?C?相比，F(xiàn)eN?-Ti?C?S?的Φ和EV的減少轉(zhuǎn)向較低的能量，表明在Ti?C?載體中加入S末端后，F(xiàn)eN?部分內(nèi)的電子在空間上變得更加穩(wěn)定，并且Fe(II)的3d能帶中心發(fā)生變化。此外，圖5c所示的相應(yīng)有效磁矩(μ)表明，樣品FeN?-Ti?C?S?的μ效應(yīng)大于樣品FeN?-Ti?C?，大μ效應(yīng)表明樣品中Fe(II)的未配對(duì)d電子數(shù)更多。此外，DFT計(jì)算結(jié)果表明引入S端可以增加Fe中心的原位磁矩，并調(diào)節(jié)FeN?部分中Fe(II)的自旋態(tài)(中間自旋態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦孕龖B(tài))，導(dǎo)致Fe 3d電子離域和d帶中心上移從而優(yōu)化Fe 3d與含氧基團(tuán)p軌道的軌道雜化，可以增強(qiáng)分子氧在催化劑表面的吸附，表明FeN?-Ti?C?S?體系對(duì)ORR具有較好的催化活性，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

過(guò)渡金屬-氮-碳材料，特別是Fe-N-Cs，已被發(fā)現(xiàn)可加速氧還原反應(yīng)(ORR)。盡管大量研究致力于提高Fe-N-Cs活性的物種含量，比表面積以及電子導(dǎo)電性，性能仍不能令人滿意。迄今為止，通過(guò)調(diào)控鐵中心電子自旋態(tài)來(lái)提高其Fe-N-Cs電催化劑催化性能的研究有限。清華大學(xué)的張國(guó)彬博士&香港城市大學(xué)Juan Antonio Zapien教授課題組共同提出通過(guò)引入帶硫端子的Ti?C? MXene，調(diào)節(jié)電子FeN?的結(jié)構(gòu)，顯著增強(qiáng)了ORR催化活性。具有硫末端的MXene誘導(dǎo)FeN?物種的自旋態(tài)轉(zhuǎn)變和Fe 3d 電子離域，d帶中心上移，使Fe(II)離子能夠以端吸附模式結(jié)合氧，有利于引發(fā)氧的還原、促進(jìn)含氧基團(tuán)對(duì)FeN?物種的吸附和ORR動(dòng)力學(xué)，具有與商用Pt-C相當(dāng)?shù)拇呋阅?。研制的可穿戴設(shè)備使用FeN?-Ti?C?S?的ZABs，也表現(xiàn)出快速的動(dòng)力學(xué)和良好的穩(wěn)定性。

催化劑的合成及結(jié)構(gòu)特征

Ti?C? MXene的SEM圖像如圖1a所示，表現(xiàn)出具有褶皺的納米片結(jié)構(gòu)。圖1b-e中的FeN?-Ti?C?和FeN?-Ti?C?S?的SEM和TEM圖顯示其納米片結(jié)構(gòu)變得更厚、更粗糙，并且在表面上清楚地看到很少的納米顆粒附著。圖1f中的XRD圖譜顯示了FeN?-Ti?C?和FeN?-Ti?C?S?樣品的峰與未摻雜Ti?C?的峰相似，表明摻雜劑的引入沒(méi)有改變未摻雜Ti?C?的結(jié)構(gòu)；但銳鈦礦峰增多，表明摻雜過(guò)程導(dǎo)致片狀Ti?C?的輕度氧化。此外，在~25°處的寬峰表明在摻雜過(guò)程中由于片狀Ti?C?的中度氧化而形成了無(wú)定形碳。然而，與未摻雜的Ti?C?相比，摻雜樣品的碳骨架峰強(qiáng)度(D/G帶)在光譜中變得更加明顯。這是因?yàn)樵趽诫s和碳化過(guò)程中產(chǎn)生了更多的缺陷。通常，缺陷會(huì)通過(guò)影響樣品的電子電導(dǎo)率和活性位點(diǎn)來(lái)影響催化性能。圖1h顯示了所有三個(gè)樣品的N?吸附和解吸等溫線，顯示了具有滯后的IV型等溫線，表明結(jié)構(gòu)中存在孔隙。這些樣品的BET比表面積的計(jì)算結(jié)果遵循以下趨勢(shì)：Ti?C?>FeN?-Ti?C?>FeN?-Ti?C?S?，并且如圖1i所示，在所有三個(gè)樣品中，中孔結(jié)構(gòu)占主導(dǎo)地位。隨著摻雜劑種類(lèi)的增加，BET比表面積和孔徑的減小可能是由于摻雜劑的填充效應(yīng)所致。

原始Ti?C?、(b) FeN?–Ti?C?和(c) FeN?–Ti?C?S?的SEM圖像；(d) FeN?–Ti?C?和(e) FeN?–Ti?C?S?的TEM圖像；(f)XRD圖和(g)拉曼光譜；(h) N?吸附-脫附等溫線，以及

可穿戴固態(tài)ZAB性能

由于樣品FeN?-Ti?C?S?表現(xiàn)出較高的ORR活性，文章進(jìn)一步使用開(kāi)發(fā)的FeN?-Ti?C?S?催化劑，采用耐堿性雙網(wǎng)絡(luò)PANa和纖維素水凝膠(PANa-纖維素)作為可拉伸固態(tài)電解質(zhì)，共同構(gòu)建了可拉伸和耐磨的纖維狀ZAB。圖4a示出了它可以拉伸超過(guò)1000%應(yīng)變而沒(méi)有任何斷裂和可見(jiàn)的裂紋，拉伸性能優(yōu)異。纖維狀ZAB的結(jié)構(gòu)如圖4 b所示，采用水凝膠電解質(zhì)先包覆Zn彈簧電極，然后拉伸，包覆FeN?-Ti?C?S?負(fù)載的碳紙作為空氣電極。纖維狀ZAB在初始狀態(tài)和800%拉伸狀態(tài)下的充放電曲線和相應(yīng)的功率密度如圖4c、d所示。ZAB在初始狀態(tài)下的大功率密度為133.6mW·cm?2，在800 ℃拉伸狀態(tài)下的大功率密度為182.3mW·cm?2，表明電池是可拉伸的，在拉伸狀態(tài)下的電化學(xué)性能良好。此外，電池表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在2 mA cm?2下穩(wěn)定循環(huán)110 h，如圖4e所示。為了證明其耐磨性，如圖4f、g所示，將兩個(gè)長(zhǎng)10cm、直徑2mm的纖維形ZAB編織成腕帶并連接到手套上。該腕帶可以為穿戴手套上的一組LED供電，證明了基于所制備的FeN?-Ti?C?S?催化劑的這種高效可拉伸和可穿戴的纖維狀ZAB的可行性。

ORR電催化活性的來(lái)源

文章采用UPS研究了FeN?-Ti?C?和FeN?-Ti?C?S?樣品的能帶結(jié)構(gòu)。如圖5a所示，F(xiàn)eN?-Ti?C?的截止能為17.1，F(xiàn)eN?-Ti?C?S?的截止能為17.23。進(jìn)一步估算出其功函數(shù)(Φ)和價(jià)帶值(EV)發(fā)現(xiàn)，與FeN?-Ti?C?相比，F(xiàn)eN?-Ti?C?S?的Φ和EV的減少轉(zhuǎn)向較低的能量，表明在Ti?C?載體中加入S末端后，F(xiàn)eN?部分內(nèi)的電子在空間上變得更加穩(wěn)定，并且Fe(II)的3d能帶中心發(fā)生變化。此外，圖5c所示的相應(yīng)有效磁矩(μ)表明，樣品FeN?-Ti?C?S?的μ效應(yīng)大于樣品FeN?-Ti?C?，大μ效應(yīng)表明樣品中Fe(II)的未配對(duì)d電子數(shù)更多。此外，DFT計(jì)算結(jié)果表明引入S端可以增加Fe中心的原位磁矩，并調(diào)節(jié)FeN?部分中Fe(II)的自旋態(tài)(中間自旋態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦孕龖B(tài))，導(dǎo)致Fe 3d電子離域和d帶中心上移從而優(yōu)化Fe 3d與含氧基團(tuán)p軌道的軌道雜化，可以增強(qiáng)分子氧在催化劑表面的吸附，表明FeN?-Ti?C?S?體系對(duì)ORR具有較好的催化活性，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

合理構(gòu)建非晶異質(zhì)界面可以有效提高析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER)的活性和穩(wěn)定性。本文采用氧化法制備了RuO2/Co3O4 (RCO)非晶異質(zhì)界面。非常佳RCO-10的HER過(guò)電位為57和231?mV, OER過(guò)電位為10?mA?cm?2。實(shí)驗(yàn)表征和密度泛函理論(DFT)結(jié)果表明，優(yōu)化后的電子結(jié)構(gòu)和表面重構(gòu)使RCO-10具有優(yōu)異的催化活性。DFT結(jié)果表明，電子通過(guò)非晶異質(zhì)界面從RuO2向Co3O4轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)了電子再分配，使d帶中心向上移動(dòng)，優(yōu)化了氫反應(yīng)中間體的吸附自由能。此外，重構(gòu)的Ru/Co(OH)2在HER過(guò)程中具有較低的氫吸附自由能，從而提高了HER活性。在OER過(guò)程中重構(gòu)的RuO2/CoOOH具有較低的基元反應(yīng)能壘(O*→*OOH)，提高了OER活性。此外，RCO-10只需要1.50?V來(lái)驅(qū)動(dòng)10?mA?cm?2，并在200?h內(nèi)保持穩(wěn)定以進(jìn)行全水解。同時(shí)，RCO-10在0.5?M NaCl的堿性溶液中表現(xiàn)出48?h的穩(wěn)定性。非晶異質(zhì)界面可能為高效穩(wěn)定催化劑的設(shè)計(jì)帶來(lái)新的突破。

綜上所述，本文提出了一種制備具有非晶異質(zhì)界面的RuO2/Co3O4 (RCO)催化劑的簡(jiǎn)易氧化方法。與具有晶-晶異質(zhì)界面的催化劑不同，這種獨(dú)特的非晶異質(zhì)界面具有更靈活的電子結(jié)構(gòu)和豐富的缺陷，可以顯著優(yōu)化催化劑的電催化性能。因此，與其他催化劑相比，非常佳RCO-10具有過(guò)電位低、析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER)穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。RCO-10只需要1.50?V來(lái)驅(qū)動(dòng)10?mA?cm?2進(jìn)行全水解。這種優(yōu)異的催化性能歸功于優(yōu)化的電子結(jié)構(gòu)和表面重構(gòu)。這項(xiàng)工作為制備其他具有非晶異質(zhì)界面的高性能過(guò)渡金屬氧化物催化劑提供了一種有希望的策略，用于高效的整體水分解。

原子級(jí)界面催化劑是指那些在催化反應(yīng)中，活性組分在界面處以原子尺度分散或作用的催化劑。這種催化劑的設(shè)計(jì)和利用，主要目的是最大化催化劑的活性，提高催化效率，降低反應(yīng)活化能，從而實(shí)現(xiàn)更高效、更環(huán)保的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。

在原子級(jí)界面催化劑中，活性組分通常以單個(gè)原子或極小團(tuán)簇的形式存在于催化劑的表面或界面處。這種高度的分散性使得催化劑具有極高的原子利用率，可以極大地提高催化活性。同時(shí)，原子級(jí)界面催化劑的設(shè)計(jì)還可以調(diào)控催化劑的電子結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，從而優(yōu)化催化性能。

原子級(jí)界面催化劑的制備通常需要借助先進(jìn)的納米技術(shù)和表面科學(xué)手段，如原子層沉積（ALD）、分子束外延（MBE）等。這些技術(shù)可以精確控制催化劑的組成、結(jié)構(gòu)和形貌，從而實(shí)現(xiàn)原子尺度的設(shè)計(jì)和調(diào)控。

原子級(jí)界面催化劑在能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)、環(huán)境治理、有機(jī)合成等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，在燃料電池和電解水產(chǎn)氫領(lǐng)域，原子級(jí)界面催化劑可以提高氫氣的生成速率和效率，降低能耗和成本；在環(huán)境治理方面，原子級(jí)界面催化劑可以用于高效降解有機(jī)污染物和催化轉(zhuǎn)化溫室氣體等。

總的來(lái)說(shuō)，原子級(jí)界面催化劑是一種高效、環(huán)保的新型催化劑，具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)價(jià)值。隨著納米技術(shù)和表面科學(xué)的不斷發(fā)展，原子級(jí)界面催化劑的設(shè)計(jì)和制備將會(huì)更加精確和高效，為實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)的化學(xué)工業(yè)發(fā)展提供有力支持（來(lái)源公眾號(hào)：納米結(jié)構(gòu)材料）。