对氰基溴化苄

在太阳光或一缕LED紫外光照拂下，玻璃烧杯中加入一点点白色粉末，无须加热也无须其他能源，烧杯里的水便可源源不绝产生氢气，且经过数百小时的实验，这种白色粉末的量并未衰减。在云南大学材料与能源学院实验室，你能见到这样的“奇观”。　　在碳达峰、碳中和背景下，洁净的氢成为未来的重要能源，高效、低成本制氢，特别是光解水制氢是科学家研究的方向。1月10日，国际著名期刊《自然通讯》发表了云南大学柳清菊教授团队与英国伦敦大学学院唐军旺教授团队、华东师范大学黄荣教授团队合作的一项重要研究成果——以单原子铜锚定二氧化钛，成功制备新型光催化剂，其分解水制氢量子效率高达56%，被审稿人称为“世界纪录”。这意味着“水变氢”有了一条可实用化的新路径。　　提高催化效率 才能助推光解水制氢走向实用化　　氢能是一种清洁无污染的可再生能源，燃烧值很高，可达每千克140兆焦耳，其具有来源丰富、燃烧产物无二次污染等优点，有望代替石油和天然气，因而受到世界范围的广泛关注。若能得以大规模实际应用，将为“双碳”目标的顺利实现作出贡献。　　“目前，制备氢的主要方法有化石燃料制氢和电解水制氢，但两种方法都需消耗传统能源。”柳清菊向科技日报记者介绍，化石燃料制氢，二氧化碳排放量大，每生产1千克氢气，将产生10千克左右的二氧化碳；而电解水制氢也存在能耗和成本问题。“在环境和能源问题日益严重的今天，开发清洁、可持续、低成本的制氢技术，推进氢能的发展显得尤为迫切和重要。”柳清菊说，采用光催化技术，利用太阳能驱动水分解制氢是一种极具发展前途的新方法。　　自1972年科学家发现二氧化钛半导体具有光催化性能以来，光解水制氢一直受到学术界及产业界的关注与重视。在能量大于或等于半导体禁带宽度的光照射下，光催化材料价带中的电子吸收入射光子的能量跃迁到导带，形成“电子—空穴”对，空穴和电子迁移到材料表面，与表面吸附的水分子发生氧化还原反应，也就是电子与水发生还原反应产生氢气，空穴氧化水产生氧气。　　然而，由于电子带负电，空穴带正电，使得光催化材料中光照所产生的“电子—空穴”很容易复合，导致产氢量子效率低下，严重阻碍了光解水制氢的发展。因此，如何阻止“电子—空穴”的复合，提高光催化制氢效率，成为目前国际上光催化研究领域的重大挑战之一，也是制约光催化制氢技术实用化的瓶颈难题。　　这其中，光催化材料是核心。而光催化材料的活性、稳定性和成本是决定光催化技术能否实际应用的关键。　　铜离子“补位” 新型光催化材料设计制备突破瓶颈　　金属单原子催化剂是近年来迅速发展起来的新型催化剂。相比传统金属催化剂，金属单原子催化剂中的原子以单个的形式负载在载体上，在催化反应中可充分参与反应，实现反应活性中心的最大化，利用效率可接近100%，在理论上可以同时提高催化活性并降低成本。然而由于单原子具有极高的表面能，在合成和催化反应过程中容易团聚、稳定性差、寿命短且制备成本高，阻碍了其实际应用。　　“这次起光催化作用的二氧化钛，是一种钛和氧规则排列的晶体，我们通过独特的合成工艺，在其中生成大量的钛空位。”柳清菊向记者解释，有了这些钛空位，就可以请铜离子来帮忙“补位”。　　“通过对钛基有机框架材料MIL-125中钛空位的设计和可控合成，我们研制出具有大比表面积和丰富钛空位的二氧化钛纳米材料，以此为载体锚定过渡金属铜单原子，使铜与二氧化钛形成了牢固的‘铜—氧—钛’键。”柳清菊介绍，在光催化制氢反应过程中，一价阳离子铜和二价阳离子铜的可逆变化，大大促进了光生“电子—空穴”的分离和传输，大幅提高了光生电子的利用率，使产氢量子效率获得突破，达到56%。这项突破获得了欧洲科学院院士、伦敦大学学院光催化和材料化学终身教授唐军旺团队的验证。　　成本、工艺更“亲民” 光解水制氢产业已初露曙光　　新研制的二氧化钛基光催化材料，具有性能稳定、无毒、无二次污染等优点，且生物相容性好、制备方法简单、成本低，与传统方法相比优势明显。通常含贵金属的催化剂，催化活性高，但相应的成本也极高。“新材料中，我们用的是‘贱金属’铜，它储量大、价格低、易获得，这是成本降低的第一个方面。” 柳清菊介绍，此外，原有的催化材料中单个金属原子活性很大，很容易形成团簇，使得催化活性降低。研发团队将铜原子牢固地锚定在钛空位上，不容易团聚，创新性地解决了这个问题，稳定时间很长，在常温常湿条件下，样品放置380天之久，仍然具有与新制备样品相当的产氢性能，进一步降低了产氢成本；另外，新型光催化材料制备工艺简单，无需昂贵的设备，使光催化制氢更加“亲民”。　　近年来，柳清菊团队在实验室进行了大量的基础研究，包括材料设计、合成工艺、机理研究、性能优化等，已获得稳定的高性能光解水制氢光催化材料的实验室制备工艺，正准备开展放大工艺研发，为后续产业化奠定基础。虽然传统的光催化材料成本高、量子效率低，国内光催化产氢市场尚未成熟，但随着产业链衔接及相关政策的完善，光催化制氢产业化已是曙光初露。　　对柳清菊团队而言，56%的产氢量子效率也不是终点。“我们还在继续努力，使效率进一步提高，如果能够提高到70%以上，对生产应用的意义将是不言而喻的。”柳清菊说，找准了方向，效率再提升将不是梦。随着光解水效率进一步提高和成本进一步降低，氢能时代将加速到来，人类也将还地球以绿水青山。

从透明的玻璃气瓶中，用玻璃针管缓缓抽出一管从垃圾场采集到的“臭气”，然后注入密封的袋子中，打开出气口，一边用手轻轻捏着袋体，一边将鼻子凑近仔细嗅辨。作为北京市环境卫生监测站的一名“闻臭员”，张超每天的工作就是到各大垃圾场去采集排放出来的“臭气”，带回实验室通过“闻臭”来判断垃圾场的排放是否达标。这样特殊的工作，张超一干就是11年。不过，张超可不愿意别人管他叫“闻臭员”，他们的专业名称叫做嗅辨员。像他一样具有专业资质的嗅辨员，全市共有约300名。　　每天至少去3个垃圾场采样　　又到了张超最怕的夏天。气温攀升到30多摄氏度之后，不少人都尽量避免高温作业，但对于张超和他的同事们来说，几乎每天都要进行的固定检测却不能因为高温而停止。　　天气炎热，气体更易扩散，虽然焚烧厂的垃圾已经经过严格处理，并没有传统垃圾场扑鼻的恶臭，但空气中依然会夹杂着一些特殊气味。为了更加全面地监测，除了能够产生气味的焚烧炉，废水池以及厂区边界，也都需要进行采样。相比于在臭不可闻的垃圾堆放站收集气体，张超认为这已经算是比较好的工作环境。　　采样的气瓶在带离实验室前，要提前对其进行抽真空处理。随后，嗅辨员需要亲赴垃圾场的厂界位置采集一些环境空气，取样带回实验室，对臭气浓度进行检测，以此来衡量垃圾场的排污情况是否达标。　　张超说，全市目前共有50个垃圾处理设施，有19个垃圾填埋场、综合处理厂、焚烧厂和转运站，必须保证每个月都得去一次。而像是粪便消纳站和一些区的垃圾处理场，则要保证每季度去一次。这样算下来，嗅辨员每天至少要去3个垃圾处理设施，才能够保证完成任务。　　采集回来的样品，当天就必须进行嗅辨，以防采集回来的气体飘散或是变质。　　鼻子辨臭能力超仪器数倍　　在北京市环境卫生监测站内，张超的脸上滚满了豆大的汗珠。回到实验室后，采集的气体将会被高度稀释，并放入气袋中，以便嗅辨员来嗅。　　一个嗅辨小组由6名嗅辨员和一名判定师组成。一边忙着操作，张超一边解释说，每个嗅辨员会发给3个密封的袋子，3个袋子中只有1个里面打入了从垃圾场采集回来的样品空气，而其他两个袋子中则只有干净的空气。嗅辨员用鼻子闻了袋中的气体后，觉得哪个袋子中有味道，就在相应的表格中打对钩，如果觉得没有味道，则在表格中打叉，无法确定就画圆圈。最后通过公式，算出样本的臭味是否达到国家标准。只要闻着臭，就说明排放肯定不达标。之后，再由城管委来决定对垃圾场的处罚或是整改措施。　　在科技如此发达的今天，为何还需要用人的鼻子来判别空气质量?张超说，科学检测仪器虽然越来越先进，但机器只能显示数值，无法分辨臭味。光数据显示还不够，如果依然有股怪味儿，对周边的居民肯定还有影响。臭味本身就是一种污染源。“人的鼻子，比仪器能够检测到的味道要多得多。比如仪器可能只能检测到十几种或是二十几种指标，但是人的鼻子却能够闻到几十种甚至上百种味道。”　　数据虽然安全，但是闻起来却依然有臭味，嗅辨员既专业又接地气的检测方式，无疑给越来越多的垃圾处理设施提出了更高要求。　　男不许抽烟喝酒 女必须素面朝天　　一只富有经验的鼻子显然至关重要，但是想要成为一名嗅辨员，光靠鼻子灵还远远不够，必须先经过国家恶臭重点实验室的审核，并通过专门的笔试和嗅觉测试才能拿到资质，资格证每三年就需要重新考核。目前，整个北京拿到嗅辨资格审核的一共有约300名嗅辨员。　　回忆起考核时的场景，张超说，每个参加考核的嗅辨员会发给5个纸条，其中两个纸条上蘸一些嗅液，闻几轮，来进行嗅觉考核。　　在日常的生活中，嗅辨员还有不少额外的要求。比如不能抽烟、喝酒，避免吃辛辣刺激的食物，遇到感冒也不能进行嗅辨。在这工作的女性全部素面朝天，绝对不能化妆，指甲油不能涂，连防晒霜都不能抹，风油精、花露水都不能喷。“比如说下午要检测，中午饭肯定不能吃包子一类有味道的东西。”　　硫化氢的味道特别难闻，闻起来是一股臭鸡蛋的味儿。张超说，刚开始做嗅辨员时，偶尔还会因为闻到恶臭变得头晕恶心，食欲不振。但是做的时间长了，慢慢就习惯了。“我已经做这行11年了，早习惯了。”

采集空气样本。 从采样瓶中抽出气体样本，注入气袋中后再进行嗅辨工作。 辽宁省环境监测实验中心的嗅辨师正在对采集到的空气样本进行嗅辨。 　　新闻背景 　　多年前，曾有一部经典电影《闻香识女人》感动了无数影迷，剧中让人难忘的不单是那一支华美的探戈舞，更让人记忆深刻的是，阿尔帕西诺扮演的双目失明的主人公靠着超众的嗅觉来感知生活中的美好事物。 　　在观看影片时，也许很多人认为这只不过是一个浪漫的故事，“闻香识人”不过是个传说。但是，人们有所不知的是，今天就在我们身边也有这样的人，他们的职业就是用鼻子为我们的生活环境打分，来时刻监察环境质量。只是，与阿尔帕西诺闻香不同，他们的鼻子在工作中主要用来“闻臭”，专业上称他们为“嗅辨师”，也有一种通俗的叫法是“闻臭师”。 　　应该说直到今天，“嗅辨师”这个职业对大众来说依然是神秘和陌生的。近日，记者走进辽宁省环境监测实验中心，对“嗅辨师”的工作性质和任务进行了细致的了解，为读者揭开其神秘面纱。 　　科学仪器代替不了人鼻 　　“嗅辨师的任务就是与环境中的恶臭污染物战斗。”在省环境监测实验中心工作多年的嗅辨师东明这样告诉记者。 　　恶臭污染物是指一切刺激嗅觉器官、引起人们不愉快以及损害生活环境的气体物质。当然，这里的恶臭污染物并非单指有臭味的气体。 　　“哪怕是香气，如果过于浓烈，影响到周围人们的生产、生活，也要算进恶臭污染物。 ”东明说。 　　恶臭物质会使闻到的人出现恶心、呕吐、头痛等症状，严重者可发生呼吸道疾病，危害人体健康。近年来，人们的生活观念在转变和提升，对环境更加关心，要求也更高了。恶臭污染物是一种公共污染，被列入世界七大公害。 　　然而，也许很多人都想不到，在科技如此发达的今天，现代化的仪器设备仍难以完成对臭气浓度的检测。 　　根据 《恶臭污染物排放标准》，恶臭污染物控制指标有氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳、苯乙烯、臭气浓度等九项。如利用仪器、设备，一般只能测量出前八项单一气体的浓度指标，第九项综合性异味的浓度很难通过仪器来判断。 　　“这就需要嗅辨师利用嗅觉实验的方法来进行测试了，以判定恶臭污染的程度。”东明说，“其实人的嗅觉在某种程度上比仪器还要灵敏，对于微量的臭气，有时候即使是高精密的仪器也测不出来，但训练有素的专业人士却可以闻出来。 ” 　　恶臭是一种感觉性公害，会给人们带来不愉快的感觉和心理反应，主观因素很强。恶臭污染不仅要靠分析仪器来拿出数据，同时还要靠人的感知思维来进行评价和判断。 　　因此，嗅辨师是再先进的机器都无可取代的一种职业，嗅辨法是目前国际上通用的一种评判恶臭污染的方法。 　　嗅辨师如何工作 　　说到这里，你也许会认为，那么嗅辨师一定是每天在城市里走来走去，用鼻子来寻找城市臭源的一种职业了。 　　东明说：“其实嗅辨师并不是总要到现场的，很多情况是将臭气采集回来，在实验室内进行辨别和分析。 ” 　　为了了解完整的嗅辨过程，8月4日，记者随省环境监测实验中心人员到沈水湾污水处理厂采集臭气，开始了一次“嗅辨之旅”。 　　在沈水湾污水处理厂外缘，省环境监测实验中心的工作人员张一平拿出采样瓶采集空气。之所以要在污水处理厂的外缘采集气体，是因为这样可以更加有效地判断污水处理厂是否对周边环境产生了不良影响。 　　随后工作人员将采集到的气体样本送回了省环境监测实验中心。在实验室内，工作人员使用样品注射器从采样瓶里抽出气体，并按一定稀释比例注入到6个气袋中，同时又向12个气袋中注入清洁的空气，编号之后给6位嗅辨师每人发3个气袋，开始了嗅辨工作。 　　嗅辨师要判断哪个气袋内含有臭气，在嗅辨结束后，再进行下一级稀释倍数实验，嗅辨错误的嗅辨师将被“淘汰出局”。如此反复几轮，直到所有嗅辨师都闻不到臭气，便结束整个嗅辨过程。最后，嗅辨师将结果汇总，根据检测标准规定的公式，计算出样品的臭气浓度。 　　东明介绍说：“为保证嗅辨结果更客观、精准，6位嗅辨师中的最高值和最低值将被扣除，其余的进行加权计算，然后将计算结果与国家恶臭标准相对比，如果高于国家恶臭标准，就说明气体采集地点空气中恶臭超标，环境监管部门会据此责令有关单位对臭源进行治理。 ” 　　在实验过程中是有些特别要求的，比如嗅辨师不能使用任何化妆品，甚至在实验前不能用香皂等带有气味的日化用品洗手。 　　根据规定，如有工作任务，嗅辨师要保证未患有感冒等影响嗅觉功能的疾病，平日在饮食方面也有诸多禁忌，如不吃辛辣的、油炸的食品，忌用葱、姜、蒜、辣椒等调味品等等。 　　嗅辨师是怎样练成的 　　据了解，嗅辨师的选拔有着十分严格的程序，绝不是任何人都能当上嗅辨师的。 　　嗅辨工作当然是由鼻子来唱主角，因此，嗅觉如何就成为了一个人能否胜任嗅辨师工作的决定因素。 　　那么，要拥有怎样的鼻子才能做一位嗅辨师呢?答案也许会令你感到吃惊，那就是你必须有一个非常“普通”的鼻子。 　　“因为嗅辨师的嗅觉必须要能代表普通大众的感知，所以太灵敏和太不灵敏都不行，要取中间值。”嗅辨师东明解释说，“嗅辨师的鼻子不但要足够普通、足够"平民化"，而且要足够健康，嗅觉器官有一点点毛病都不适合做嗅辨师工作，比如鼻炎患者就一定与这项工作无缘了。 ” 　　嗅觉检测合格之后，还要经过一系列特殊的培训，在考试合格之后才能获得从业资格。 　　位于天津的国家环境保护恶臭污染控制重点实验室是国家的嗅辨师培训大本营，国内大部分嗅辨师都出自这里。 　　东明和她的几位同事都是辽宁省第一批参加培训并取得资格证书的嗅辨师。东明告诉记者，在培训中要通过理论考试，更关键的还是现场考试环节。在一个通风良好、空气清洁的房间内，考官给考生发几张白纸条，其中有浸过干净液体的纸条，也有浸过臭液的，考生要给出正确判断，并说出是何种气味。如果回答正确，才有资格到下一个房间里继续接受测试。 　　考试内容也很有趣，就是要求考生分辨出五种物质的味道，分别是花香、汗臭气味、甜锅巴味、成熟水果味和粪臭气味。 　　“在鼻试闯关中，如果闻错了一张纸条，那就要被刷掉了。”东明说，“嗅辨师资格的获取要过很多关，而且嗅辨师资格跟大学毕业证终身有用不一样，它是有有效期的，一般来说有效期是3年。 ”另外，从事嗅辨师工作还有年龄方面的限制，原则上是不超过45岁，因为人的嗅觉会随着年龄的增长而减退。 　　原先，辽宁省只有省环境监测实验中心有几名嗅辨师，现在环境保护越来越受重视，嗅辨师的队伍也在不断扩大，沈阳、大连、抚顺、锦州等市的环境监测站都派人参加了嗅辨师培训。现在，辽宁省获取嗅辨师资格的人员已增至近50人。 　　从全国情况看，这两年嗅辨师的人数也是在不断增加的，但即使这样，嗅辨师目前仍然是极为 “小众”的一个人群，甚至社会上多数人还不知道存在着这样一种职业。 　　其实，多数嗅辨师都还不是专职做这项工作，他们在环境监测部门同时承担着其他方面的工作。 　　延伸阅读 　　各国“闻臭师”任务有不同 　　目前在世界上，美国、英国、荷兰、比利时、日本等国家都有“闻臭师”这个职业。 　　美国“闻臭师”的任务是，每天穿行在熙熙攘攘的人群中，闻嗅行人身体上散发出来的异味，为人体体味研究实验提供资料。 　　荷兰的“闻臭师”则住在工业区和居民区边缘的小屋内，不时将头伸出窗外嗅闻，监控大气污染。 　　日本的“闻臭师”有项工作是专门闻公共厕所的气味，一旦发现臭味超标，就要通知管理人员限时除臭。东京环保当局招募的“闻臭师”，如果在地铁、车站、公厕等处发现异味，要立即向环保当局报告，责成有关方面限时除臭。