谁在摧毁你的研讨?一个资料的背锅之路_分享生活经验

92人参与 |分类: 生活经验|时间:2019年04月09日 15:18
如今,你能够在GitHub上“读”北大了_分享生活经验

是不是是在做试验历程傍边总觉得产率太低,副产物太多?是不是是发现精彩的试验结果难以反复?是不是是难以诠释的试验征象频仍涌现。你掌握投料,去除杂质,通入惰性气体,精制统统的溶剂,末了却发现照样功败垂成。

如今,除厌弃自身研讨生的操纵程度令人窒息以外,或许你能够试着看一下试验中另一个主要介入者,看是不是是它摧毁了你的研讨。

是时刻宣布谜底了。

01 你从哪里来?一场不测

跟很多感人的故事一样,统统源自于一场不测。

1938年,杜邦公司的化学家Roy J. Plunkett发现储存在高压钢瓶中的四氟乙烯气体没办法被悉数倒出来,反而会残留一部分固体物资在瓶底。经由系统的研讨今后,Plunkett发现四氟乙烯是在气瓶中自觉地转化为了一种高份子,也就是如今被普遍运用的聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)

经由一系列的前提优化,革新试验工艺,两年今后的1941年,杜邦公司胜利获批了PTFE的专利[1],并将其注册为商品名“Teflon”(中文译作“特氟龙”)

谁在摧毁你的研讨?一个资料的背锅之路_分享生活经验图1 PTFE的分解。四氟乙烯在催化前提下聚合便可取得PTFE聚合物。

谁在摧毁你的研讨?一个资料的背锅之路_分享生活经验图2 美国杜邦公司1941年PTFE分解专利的权利请求书中的生产工艺优化表[2]

02 圆满的惰性资料?是也不是

PTFE为杜邦公司带来了伟大的收益。

作为一类特种高份子资料,PTFE的全氟骨架供应了极高的化学稳固性、耐高温性、耐强酸强碱性和抗种种溶剂等上风,使得其在近来数十年逐步占据了科学家们的试验室。

搅拌子,一个在液态回响反映中作为搅拌桨来运用的小家伙是PTFE在试验室中最主要的“化身”之一。除此以外,回响反映釜内胆、各种装配的活塞、微型回响反映器等很多装配都由PTFE制作。

另外,PTFE极低的外面能带来的不粘特征使得这些试验用具极易被洗濯,以便随时被用于下一个试验傍边,这一长处天然得到了宽大一线试验职员的推重。

只管非常稳固,PTFE依旧会在运用中被强酸、强碱、强氧化性等系统所迟缓损坏,使得搅拌子等外面发作色彩的转变,逐步发生裂痕和毁伤

破坏的搅拌子或许会给试验带来晦气影响,Nagy和Bazsa在1991年就曾系统地总结了PTFE搅拌子中残留的污染物能够会致使催化回响反映活性下降等题目[2]

谁在摧毁你的研讨?一个资料的背锅之路_分享生活经验图3 跟着运用次数的增添,底本洁白润滑的PTFE搅拌子涌现色彩转变,并发生裂痕与毁伤[3]。

而在近日,俄罗斯科学院的Pentsak等人则提出了一种新的意见,搅拌子或许在其冗长的运用进程中逐步“进化”,终究成为了化学回响反映举行的主宰,从而摧毁科学家们的研讨[3][4]

纵观PTFE搅拌子的终身,它能够经历过林林总总的回响反映系统,而这个中或许有碰到过Pt,Pd等具有催化活性的物资被吸附进搅拌子外面的裂痕。这些具有催化活性的物资会把搅拌子转化为一颗有催化机能的搅拌子,并发生与预期不符甚或超越预期的试验结果。

催化剂是一类能够增进化学回响反映速度的,而不转转变学回响反映举行趋向的主要资料。新型催化剂的开辟能够大大提高化学回响反映效力,同时下降生产成本,因而一向以来是化学化工范畴主要的研讨内容。

而在催化剂研讨中,怎样取得高活性的催化剂是浩瀚科学家的研讨偏向。科学家们会将全新分解催化剂与今后最优的成熟催化剂举行平行对照以考证新催化剂资料的机能。

比方在氢气-氧气燃料电池的研讨中,现在最为成熟的氧气复原催化剂是贵金属铂(Pt),但Pt自身储量较少,价格昂贵,因而浩瀚研讨职员展开了不依靠于Pt的催化剂研讨;又比方有机化学中主要的偶联回响反映(Coupling reaction),每每依靠于钯(Pd)金属催化剂的介入,但也有宽大研讨职员试图运用不含Pd元素的催化剂来催化偶联回响反映的举行。

很多鼓舞人心的结果被报导出来,比方可媲美Pt催化机能的非铂催化剂,又比方不依靠Pd金属的各种偶联回响反映。

Pentsak挑选了典范的Suzuki-Miyaura偶联回响反映举行对照试验研讨。这一回响反映能够将两个烯丙基或芳基基团直接相连,在构建庞杂有机骨架中具有主要的代价。很多有机化学家致力于这一偶联回响反映催化剂的研讨,但在Pentsak的报导中,纵然不到场催化剂,而挑选陈腐的PTFE搅拌子,也有能够催化Suzuki-Miyaura偶联回响反映举行。这意味着或许很多显示出催化才能的新型催化剂,自身现实上没有催化活性,回响反映的举行实在得益于PTFE搅拌子所照顾的具有催化才能的污染物。

谁在摧毁你的研讨?一个资料的背锅之路_分享生活经验图4 Suzuki-Miyaura偶联回响反映和前提挑选。纵然没有Pd/C催化剂,陈腐的搅拌子也能起到优越的催化结果[3]

这意味着运用陈腐搅拌子能够会在研发新型催化剂历程傍边带来“假阳性”的结果。除宣布专利珍爱自身的研讨成果以外,很多科学事情者倾向于在期刊公然辟表自身最新的研讨进展,以期取得偕行的承认,并进一步地由科学共同体推进范畴提高。因而很多新型的催化剂分解要领、机能表征等细节被撰写成论文宣布。

如今,你能够在GitHub上“读”北大了_分享生活经验 生活中,我们会有这样那样的事,让我利用技巧,绿色环保的方式方法解决生活中的小事情,经验的多少代表着我们对生活的理解,发现是最重要的闪光点,好的经验要与分享,正如翔翔生活,翔翔经验,生活小窍门,生活常识,生活经验,翔翔百科,这些会让大家学习的更多,让生活回归简单,让家庭充满爱意。

而新催化剂的机能越精彩,则越轻易宣布于顶级期刊,进而被大批偕行研讨者所浏览和参考。被报导的“假阳性”结果,能够会致使其他研讨职员展开毛病的研讨分支,形成科研职员和研讨经费的糟蹋。

而若是其他研讨职员在反复试验历程傍边发现被报导的“假阳性”结果没法反复,那末对宣布“假阳性”研讨成果的研讨职员的荣誉也会形成极大的影响。

除搅拌子以外,试验室的PTFE回响反映釜内胆能够也是“假阳性”结果的重灾区。只管没有被系统地报导,但由于回响反映釜自身多用于举行高温高压试验,回响反映釜PTFE内胆在运用历程傍边的裂开、污染题目能够较搅拌子而言越发严重。

谁在摧毁你的研讨?一个资料的背锅之路_分享生活经验图5 PTFE搅拌子会在运用中逐步发生裂痕,并吸附金属离子,终究生长为具有催化活性的搅拌子。

03 就此甩包袱?No

怎样应对这一题目生怕须要很多的勤奋。起首能够明白的是,今后很多新催化剂的报导都须要用全新的搅拌子做对照组来举行回响反映或分解资料。

有机化学中的核磁共振手艺能够用来判别物资中元素的化学情况,但杂质的滋扰每每无处不在。因而每个做核磁共振的研讨职员手边都有一张罕见杂质旌旗灯号地位表,个中除罕见的溶剂旌旗灯号以外,以至包含了能够在试验中用到的硅油、润滑油等物资的旌旗灯号地位,以此来资助研讨职员疾速指认杂质。

是不是能够发现相似的手艺来指认分歧物资所激发的催化活性,或是找到替换PTFE的搅拌子/回响反映釜资料,亦或是开辟新型的外面洗濯手艺?

但是若是从另一个角度来看“搅拌子危急”,搅拌子带来的“假阳性”能够不仅仅是科学家们的搅扰,更多是学者们新的时机:除全新的试验要领须要设想以外,在基于搅拌子、回响反映釜内胆、微型回响反映器上固载催化剂或直接分解催化剂,或许会成为新一代高效催化回响反映的研讨热门。

事实上,依据Pentsak等人的研讨,搅拌子逐步转化为“具有催化活性”的搅拌子并不是有时。搅拌子在运用历程傍边,弗成避免地会被刮伤或许被逐步降解,此时在搅拌子事情系统中的金属离子则能够以多种形状被吸附至搅拌子的PTFE缺点位。这些缺点包孕F原子离开所发生的自由基(带有单电子的碳原子)和 C=C 不饱和键等。与全新的搅拌子比拟,具有缺点的(用过的)搅拌子对照顾正电荷的金属离子发生的吸附作用越发猛烈。被吸附的金属离子会逐步转化为晶核,并终究转化为具有优异催化机能的纳米金属颗粒。这些颗粒很难被传统要领洗濯清洁,从而在后续的运用中耐久而高效地催化回响反映举行。

而在Pentsak的事情之前,早在1992年,已经有科学家意想到搅拌子的PTFE涂层能够对试验举行带来一些有益的影响。美国南密西西比大学的Pojman等人在研讨化学中有名的B-Z振荡回响反映(Belousov-Zhabotinskii Oscillation Reaction)时发现PTFE搅拌子能够起到加快振荡回响反映发生的结果[5]。

振荡回响反映是化学家在份子级别的钟表,依托多个化学回响反映的依存-转化干系使得溶液发生周期性的转变,因而其激发和连结每每须要充足精准的物料掌握。Pojman等参考了Nagy和Bazsa对搅拌子PTFE外面失效的研讨事情[2],注意到PTFE对溴单质份子(Br2)具有肯定的吸附作用,而这对 B-Z 振荡回响反映至关主要。以Pojman研讨的锰催化系统为例,振荡回响反映须要依靠下述回响反映(1)来举行激发,而回响反映(1)的举行则须要Br-离子浓度低于某个临界值。与此同时,回响反映(2)所示的均衡回响反映在全部回响反映系统一向能够连结。因而若是搅拌子能够吸取充足的Br2,行将Br2带离回响反映系统,那末依照化学均衡挪动的道理,回响反映(2)将会不断地被拉动至右边,从而下降全部系统的Br-浓度,从而终究致使回响反映(1)的胜利激发。

谁在摧毁你的研讨?一个资料的背锅之路_分享生活经验

除应用PTFE搅拌子对卤素单质的吸附作用来拉动化学均衡以外,科学家们也革新了搅拌子,将其惰性的PTFE外面增添功用,成为非均相的催化回响反映界面。古代化学与化工中被普遍运用的催化剂能够粗略地分为两类:(1)均相催化剂——能够溶于回响反映系统的催化剂,(2)非均相催化剂——不溶于回响反映系统的催化剂。

不管何种催化剂,在现实运用中都邑碰到难以收受接管应用和描写在回响反映中损失等困难。因而将高机能催化剂固定在稳固的载体上,成为浩瀚研讨职员挑选的一条处理线路。得益于多半科学家们对PTFE稳固性的乐观意见。

有学者最先将PTFE搅拌子作为催化剂载体来实行非均相催化回响反映——究竟结果PTFE性子稳固、价格低廉、耐酸耐碱,并且传统的洗濯要领不会将负载的Rh等催化颗粒洗濯掉,从而延长了催化资料的运用寿命[6][7]。而这正与Pentsak所报导的搅拌子中污染的金属粒子难以消灭不约而同。

谁在摧毁你的研讨?一个资料的背锅之路_分享生活经验图6 将纳米催化剂负载在搅拌子上,就能够取得长寿命、高机能的具有催化活性的搅拌子[7]

04 你背与不背,锅都在那边

化学家多是最乐观的一群人,他们喜好提出题目,处理题目,并进一步地把题目变成前途。小搅拌子或许正在摧毁他们的研讨,但为了战胜搅拌子带来的搅扰,恰好能够生长新的试验战略和资料构建系统,使逆境转化为新的前途。每个化学回响反映、化学物资都有它存在的代价,发现和制造新的回响反映与物资,并将它们运用于适宜的处所,人类的生涯也因而变得越发优美。

“呲……”这是蛋液倒入不粘锅中与热油打仗所发出的声响。只管人们对不粘锅烹调出的食物的口胃充满着不信任,但基于PTFE涂层的不粘锅依旧在世界各地的厨房中被普遍运用。

“你永久不能够用不粘锅做出来一份圆满的炒饭”,在重庆某夜市销售地沟油炒饭十余年的摊主李美荣总在念道这句至理名言,“由于你不知道不粘锅涂层里头到底有啥子器械”。

但是,或许增添了催化剂的不粘锅做的炒饭真的挺好吃呢?

参考文献

[1] Plunkett R J. Tetrafluoroethylene polymers: U.S. Patent 2,230,654[P]. 1941-2-4.

[2] Nagy I P, Bazsa G. Artifacts caused by plastics in chemical experiments: Absorption, degradation, catalysis and irreproducible behavior[J]. Reaction kinetics and catalysis letters, 1991, 45(1): 15-25.

[3] Pentsak E O, Eremin D B, Gordeev E G, et al. Phantom Reactivity in Organic and Catalytic Reactions as a Consequence of Microscale Destruction and Contamination-Trapping Effects of Magnetic Stir Bars[J]. ACS Catalysis, 2019, 9: 3070-3081.

[4] Hidden flaws in common piece of lab kit could botch experiments. https://www.nature.com/articles/d41586-019-00980-7

[5] Pojman J A, Dedeaux H, Fortenberry D. Surface-induced stirring effects in the manganese-catalyzed Belousov-Zhabotinskii reaction with a mixed hypophosphite/acetone substrate in a batch reactor[J]. The Journal of Physical Chemistry, 1992, 96(18): 7331-7333.

[6] Vollmer C, Schröder M, Thomann Y, et al. Turning Teflon-coated magnetic stirring bars to catalyst systems with metal nanoparticle trace deposits–A caveat and a chance[J]. Applied Catalysis A: General, 2012, 425: 178-183.

[7] Han G, Li X, Li J, et al. Special Magnetic Catalyst with Lignin-Reduced Au–Pd Nanoalloy[J]. ACS Omega, 2017, 2(8): 4938-4945.

翔翔逗客生活经验频道主要以,生活窍门,生活百科知识,生活经验分享。与您分享工作,学习,生活中的实用生活经验,实用的生活经验,为您工作,学习,生活中遇到的问题提供及时有效的经验参考。如今,你能够在GitHub上“读”北大了_分享生活经验

来源:翔翔逗客(微信/QQ号:3307620036),转载请保留出处和链接!

地址:

必填

选填

选填

◎已有 0 人评论,请发表您的观点。

  
    
{if $type=='article'}