自工业革命以来，科学家通过化学反应生产和制造出很多用于日常生活中的化学品和原料。在这些化学反应中，很多需要使用带特定的材料进行催化才能更好的进行反应，如工业上通过合成氨给人类带来福音。但是大部分的催化材料，如铂、铑、钯、钌等因独特的电子表面特性，在化学反应中起到不可或缺的作用，但它们都有一个致命的缺点，价格太过昂贵，导致在全球各地的供不应求。这就严重的影响工业发展的脚步。
在地壳中金属含量较高的铁如果也能像那些贵金属一样具备高性能的催化性能，那我们可以解决催化剂昂贵的问题。
为了开发替换这些贵金属，美国明尼苏达大学双子城分校的科学家开发了一种名为“催化冷凝器”的开创性装置，这种装置的作用就是通过对电子的添加和移除的方式，精确控制催化剂活性位点的电子密度可以调节表面化学，使一种金属的行为改变为另一种金属，这样就可以作为化学反应的催化剂，使得化学反应可以得以快速高效的进行。这项技术打开非贵金属催化剂的催化大门，为绿色、节能和可持续发展提供有用的途径，该项研究发表于《JACS Au》杂志上。
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据研究人员介绍，我们的这款催化冷凝器装置采用纳米薄膜的组合来调节和稳定需要改变的催化剂的表面电子状况，这种独特的设计可以将金属或者其氧化物和石墨烯连接起来，将电子在其表面可以快速的移动。这就实现控制化学反应，且可以使更多材料成为可望不可及的贵金属的角色。
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研究人员将无定形氧化铝（4 nm）的超薄催化膜与石墨烯结合集成到催化冷凝器装置中，使氧化铝活性层的电子进行调整。催化冷凝器具有以下结构：无定形氧化铝/石墨烯/HfO2电介质 (70 nm)/p型硅，在石墨烯和p型硅之间施加高达 +3V 的正电压导致电子从氧化铝中流出，正电荷积聚在催化剂中。催化冷凝器装置可以实现对热催化的连续快速电子控制。
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这个催化冷凝器是一种平台设备，它的用途非常广泛，其装置的核心部分可以通过修改来应对不同化学反应。
该研究团队成员在下一步计划将继续研究这款催化冷凝器，致力于解决一些可持续发展问题，如电力的再生储存转换，再生塑料的开发以及其他环境问题。
文献题目：Alumina Graphene Catalytic Condenser for Programmable Solid Acids
文献链接：https://doi.org/10.1021/jacsau.2c00114
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