催化劑能催化化學(xué)反應(yīng)，但自身不會改變的物質(zhì)。催化反應(yīng)常見核心問題是輔助電子轉(zhuǎn)移和反應(yīng)物接觸，其中電子轉(zhuǎn)移主要是利用過渡金屬元素的協(xié)助，氫氣作為一種獨特的物質(zhì)，是否能在催化反應(yīng)中發(fā)揮獨特作用，值得研究和考慮。進一步推測，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，那么氫氣是否會影響和干擾電子傳遞過程，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，英國學(xué)者發(fā)現(xiàn)氫氣可以在動物體內(nèi)被大量消耗，這說明氫氣的生物利用率非常高，如果沒有酶催化協(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。

重要進展：歐洲科學(xué)家證明氫氣抗氧化作用遠超預(yù)期

個人認(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調(diào)節(jié)，提高或降低酶活性。因此應(yīng)該開展氫氣對各種酶活性直接調(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?；钚哉{(diào)節(jié)劑其實也廣泛存在，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。氫氣只不過是一種過去沒有被認(rèn)識到的方式。

1794年，蘇格蘭化學(xué)家伊麗莎白·富勒姆在她的書中，寫過關(guān)于燃燒的內(nèi)容。她注意到一個奇怪現(xiàn)象，碳或煤在潮濕情況下燃燒更容易。經(jīng)過反復(fù)實驗，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)，能促進燃燒反應(yīng)，但會再次形成等量的水。也就是說，水參與了反應(yīng)，但總量沒有改變?？茖W(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，沒有催化劑就沒有現(xiàn)代化學(xué)，催化劑作用非常強大，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)過程使用催化劑，在能源、石化、藥物和化肥等產(chǎn)品生產(chǎn)過程更為重要。至少15個諾貝爾化學(xué)獎是頒發(fā)給催化劑研究，世界上仍然有千萬名化學(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)境污染問題。催化劑是“綠色化學(xué)”的一個重要特征和實現(xiàn)途徑。催化劑也是解決能源危機的重要依據(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著催化劑的創(chuàng)新研究，催化劑方面學(xué)術(shù)論文在過去十年增加了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)展也給這個領(lǐng)域的學(xué)者帶來很大壓力。美國能源部為新催化劑性能建立基準(zhǔn)的負責(zé)人斯科特說，必須努力確保在推進科學(xué)進步方面的很高效率。

加州大學(xué)博客里分?；瘜W(xué)家John Hartwig說，20年前這個領(lǐng)域沒有人能對復(fù)雜分子進行精細改造操作，大家都是先把復(fù)雜結(jié)構(gòu)拆散，然后再進行組裝。但是現(xiàn)在不同了，化學(xué)家能對分子的一部分進行精細編輯。

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)繞過許多途徑，加快反應(yīng)速度。催化劑就好像兩個地點之間的多車道高速公路，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），催化選擇性說明了主副反應(yīng)進行程度的相對大??；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)物沿著某一途徑進行的程度，與沿其他途徑進行反應(yīng)程度的比較，即為催化劑對于某一反應(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（通常是競爭反應(yīng)）：

（2）底物選擇性：對于一類催化底物發(fā)生反應(yīng)而對其他底物不反應(yīng)，其中很典型的一類是擇形選擇性，常見于分子篩、MOF、COF和CMP等多孔催化劑，由于底物分子尺寸不一，催化位點在孔道中，底物分子尺寸過大，進入不了孔道之中，因此不能發(fā)生催化反應(yīng)，實現(xiàn)對底物的選擇性。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)機理不同導(dǎo)致選擇性，不同催化劑對特定的反應(yīng)體系有選擇性，稱為機理選擇性。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，稱為擴散選擇性，當(dāng)反應(yīng)物在催化劑孔內(nèi)擴散過程為速控步驟時，可實現(xiàn)擇形選擇性。

（3）熱力學(xué)的原因，稱為熱力學(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，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，從而實現(xiàn)了對乙炔較好的底物選擇性。

對任何一種工業(yè)催化劑來說，都要具有很高的選擇性，催化活性與選擇性不能同時實現(xiàn)時，常常以犧牲活性來換取選擇性；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行選擇加氫，但是在一般情況下加氫時，往往會有部分乙烯的雙鍵也被氫化，所以要把三鍵加氫，而同時又不涉及雙鍵，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的價格僅是Pt價格的四分之一，解決了從乙烯中除去雜質(zhì)乙炔的問題。

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。作為催化劑來說，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無論誰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，中等強度的L酸位在B酸位共存時有利于加氫脫硫的活性。L酸位和B酸位共存，有時是協(xié)同效應(yīng)；有時L酸位在B酸位鄰近的存在，主要是增強B酸位強度，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，但酸的存在會影響反應(yīng)的選擇性和速率。

γ-Al2O3表面有強酸部位和弱酸部位；強酸位是催化異構(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)機理和速率方程

酸堿催化一般經(jīng)過離子型的中間化合物，即經(jīng)過正碳離子或負碳離子進行的。

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度有關(guān)。在酸催化時，酸失去質(zhì)子的趨勢可用它的離解常數(shù)來衡量所以酸催化常數(shù)應(yīng)與酸的離解常數(shù)成比例。對于堿催化的反應(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)生一個新質(zhì)子，SH++H2O P+HO

其速率方程，由于質(zhì)子化物是一個活潑的中間體，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，此刻的你是否會冒出一個想法：到廚房抓上一把食鹽，往空中的云層一撒，能否達成增雨目的？

其實不能。一般來說，一顆食用鹽粒直徑大約為0.1毫米，即100微米左右。這個頭，對于絕大多數(shù)食物來說，是十分微小不過。但對于空中的水汽來說，一顆食鹽鹽粒卻是個頭巨大的家伙，因為在沒有形成降雨的云層里，一般來說，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，鹽粒已達到下落標(biāo)準(zhǔn)，會穿過云層直愣愣地往下落。所以可以想象，當(dāng)作業(yè)人員在飛機里向云中拋撒一把食鹽，鹽粒會飄飄灑灑地落下去，而云，還是那片云。

那么，鹽是如何做到對云增雨的呢？

鹽主要用于暖云增雨。暖云自然降水時，云滴直徑一般要達到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，因為自身非常輕，并不會往下掉。如果抓住時機往云中播撒鹽粉，因為鹽粉的到來，水汽粒子便團結(jié)一處，等到水汽粒子直徑增長到數(shù)十微米后，依然不斷與周圍小水滴碰撞合并，克服上升氣流變成雨滴落下來。

因此說，鹽作為吸濕劑增雨是事實，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)過物理方法進行研磨，直到其直徑小到30微米左右。但因為個頭還是偏大，當(dāng)把這些鹽粉撒進云中，產(chǎn)生的增雨效果并不是很好。

經(jīng)過反復(fù)實踐，現(xiàn)在采取的是化學(xué)方法，通過物質(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）。這些鹽粒因個子微小，很適合作為云中水汽的玩伴，它們被送進云中，能與水汽分子們緊密結(jié)合，在這個過程中不斷吸濕、碰撞、變大。經(jīng)過實驗證明，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。

在實際操作中，用人工方法對冷云增雨更為常見。通俗來講，就是通過催化劑使得云中的冰晶越來越多、越來越大，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)來說，人工影響天氣催化劑分為成冰劑、致冷劑和吸濕劑三類。

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化學(xué)方法獲得，在人影飛機上，工作人員把一定比例的化學(xué)成分和助燃劑點燃，當(dāng)溫度達到2000℃以上時，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入云層進入工作狀態(tài)參與成冰。一般來說，每克碘化銀中能分化出1013到1014個碘化銀粒子。

致冷劑：用于0℃~-6℃對流云或?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)生出幾百億個冰晶，是個制冷能手。液氮的沸點為-195.8℃，丙烷的沸點為-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個雨滴胚胎。

從重量來說，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)。

從成分來說，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氣——它們都是空氣的組成成員。再比如吸濕劑食鹽、尿素等，它們原本就來源于自然界，增雨結(jié)束后又回歸自然界。所以說，它們都屬于生態(tài)安全的催化劑，當(dāng)然不會污染環(huán)境。

再比如使用頻率較多的碘化銀，飛機增雨作業(yè)和火箭作業(yè)的使用量都非常小，經(jīng)過長期數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示，作業(yè)區(qū)域水體和土壤中積累的銀離子濃度遠低于世界衛(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

1.水溶性良好,泡沫低,無濁點,適用于25℃～85℃清洗。

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

3.耐強酸 (鹽酸/硫酸/醋酸/檸檬酸) 100g/L以上,耐強堿(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)動機、機床、塑料、大理石等等。
2. 

包裝、運輸、貯存

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

2.本產(chǎn)品應(yīng)存于無光線照射的陰涼處，運輸時應(yīng)防日曬、雨淋和高溫。本品為非危險品。

此類活性劑常見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,長期加熱不宜超過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,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,價格低于ＡＳ,2002年70%ＡＥＳ價格為8500元/ｔ。ＡＥＳ突出的優(yōu)點是刺激性小,水溶性好,配伍性好,在防皮膚干裂粗糙方面表現(xiàn)好;缺點是在酸性介質(zhì)中的穩(wěn)定性稍差———必須控制ｐＨ遠大于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,主要原因是對降低產(chǎn)品成本不利,其次是這類產(chǎn)品對發(fā)泡性幾乎無要求。ＡＳ在合成表面活性劑中,產(chǎn)量居第5位,價格較高,2002年,粉狀價格為15000元/ｔ。ＡＳ除發(fā)泡性好和去污力強外,其它方面的使用性能都不如ＡＥＳ。如耐酸穩(wěn)定性略差一點,刺激性也相對是較大———只是小于ＬＡＳ,在常見陰離子表面活性劑中價格也是非常高。

兩性表面活性劑指兼有陰離子和陽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離子性,在堿性溶液中呈陰離子性,而在中性溶液中有類似非離子的性質(zhì)。兩性表面活性劑易溶于水,溶于較濃的酸、堿溶液,甚至在無機鹽的濃溶液中也能溶解,耐硬水性好,對皮膚刺激性小,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)條件下所對應(yīng)的離子狀態(tài)來看,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。一般來說,兩性離子表面活性劑的價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。

陽離子表面活性劑

常見陽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),陽離子瓜爾膠(Ｃ-14Ｓ),陽離子泛醇、陽離子硅油、十二烷基二甲基氧化胺(ＯＢ-2)等等。陽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。陽離子表面活性劑不直接與陰離子表面活性劑配伍,陽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)險性較大。

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

由于樣品FeN?-Ti?C?S?表現(xiàn)出較高的ORR活性，文章進一步使用開發(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1000%應(yīng)變而沒有任何斷裂和可見的裂紋，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，將兩個長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)定性測試；(f) 兩個纖維形狀的ZABs(長：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。進一步估算出其功函數(shù)(Φ)和價帶最大值(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d電子數(shù)更多。此外，DFT計算結(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p軌道的軌道雜化，可以增強分子氧在催化劑表面的吸附，表明FeN?-Ti?C?S?體系對ORR具有較好的催化活性，與實驗結(jié)果吻合較好。

過渡金屬-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，通過調(diào)控鐵中心電子自旋態(tài)來提高其Fe-N-Cs電催化劑催化性能的研究有限。清華大學(xué)的張國彬博士&香港城市大學(xué)Juan Antonio Zapien教授課題組共同提出通過引入帶硫端子的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、促進含氧基團對FeN?物種的吸附和ORR動力學(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程中由于片狀Ti?C?的中度氧化而形成了無定形碳。然而，與未摻雜的Ti?C?相比，摻雜樣品的碳骨架峰強度(D/G帶)在光譜中變得更加明顯。這是因為在摻雜和碳化過程中產(chǎn)生了更多的缺陷。通常，缺陷會通過影響樣品的電子電導(dǎo)率和活性位點來影響催化性能。圖1h顯示了所有三個樣品的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比表面積的計算結(jié)果遵循以下趨勢：Ti?C?>FeN?-Ti?C?>FeN?-Ti?C?S?，并且如圖1i所示，在所有三個樣品中，中孔結(jié)構(gòu)占主導(dǎo)地位。隨著摻雜劑種類的增加，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，文章進一步使用開發(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1000%應(yīng)變而沒有任何斷裂和可見的裂紋，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，將兩個長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。進一步估算出其功函數(shù)(Φ)和價帶值(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d電子數(shù)更多。此外，DFT計算結(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p軌道的軌道雜化，可以增強分子氧在催化劑表面的吸附，表明FeN?-Ti?C?S?體系對ORR具有較好的催化活性，與實驗結(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過電位為57和231?mV, OER過電位為10?mA?cm?2。實驗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，電子通過非晶異質(zhì)界面從RuO2向Co3O4轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)了電子再分配，使d帶中心向上移動，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過程中具有較低的氫吸附自由能，從而提高了HER活性。在OER過程中重構(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來驅(qū)動10?mA?cm?2，并在200?h內(nèi)保持穩(wěn)定以進行全水解。同時，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)計帶來新的突破。

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)催化劑的簡易氧化方法。與具有晶-晶異質(zhì)界面的催化劑不同，這種獨特的非晶異質(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具有過電位低、析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER)穩(wěn)定性高的特點。RCO-10只需要1.50?V來驅(qū)動10?mA?cm?2進行全水解。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)。這項工作為制備其他具有非晶異質(zhì)界面的高性能過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，從而實現(xiàn)更高效、更環(huán)保的化學(xué)反應(yīng)過程。

在原子級界面催化劑中，活性組分通常以單個原子或極小團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，原子級界面催化劑的設(shè)計還可以調(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。

原子級界面催化劑的制備通常需要借助先進的納米技術(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，從而實現(xiàn)原子尺度的設(shè)計和調(diào)控。

原子級界面催化劑在能源轉(zhuǎn)換和存儲、環(huán)境治理、有機合成等領(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，原子級界面催化劑可以用于高效降解有機污染物和催化轉(zhuǎn)化溫室氣體等。

總的來說，原子級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)價值。隨著納米技術(shù)和表面科學(xué)的不斷發(fā)展，原子級界面催化劑的設(shè)計和制備將會更加精確和高效，為實現(xiàn)綠色、可持續(xù)的化學(xué)工業(yè)發(fā)展提供有力支持（來源公眾號：納米結(jié)構(gòu)材料）。