貴金屬的應用

供稿|劉桂華，潘再富，楊 軍，楊善曉，高金翠

貴金屬的應用

供稿|劉桂華，潘再富，楊 軍，楊善曉，高金翠

內容導讀

自古以來，黃金、白銀是財富的象征，是國家金融的基礎。以前，各國對黃金、白銀都嚴加控制，以穩定金融次序。隨著國家對貴金屬政策的逐漸放寬，貴金屬也成為現代投資理財的重要產品。其實，黃金和白銀等貴金屬除了在金融活動中起著重要作用外，貴金屬的獨特性質以及在工業上有著更廣泛的應用，它給整個人類帶來的效益將遠遠超過作為貨幣材料的功能，它們在能源、生態、環境、高新技術等領域都具有重要的應用價值和廣闊的應用前景。

貴金屬包括金、銀、鉑、鈀、銠、銥、釕、鋨8種元素，其中鉑、鈀、銠、銥、釕、鋨統稱為鉑族金屬。貴金屬因具有美麗、誘人的色澤，優良的物理、化學性能，獨特的催化活性等，這是其它金屬和非金屬很少具備的。在21世紀人類社會文明高速發展與嚴峻挑戰并存的條件下，貴金屬除繼續起到“財富象征”和“現代工業維他命”的作用之外，已有的性質和新發掘的異常特性的完美結合將使其成為人類社會得以持續發展的關鍵材料。

我國古代的先人們熟知金和銀，商代以前就出現了黃金的淘洗和加工方法。春秋戰國的《山海經》列舉出“銀之山”十處。在殷墟中出土了厚度為0.01 mm的金箔，東周發明了鎏金和金銀錯技術，春秋戰國就有了金銀幣，從漢代劉勝墓中出土的金縷玉衣，金絲直徑為0.14 mm。這些史實充分說明我國古代的先人們具有很高的金銀加工技術。明末清初的科學家宋應星著的《天工開物》更系統的記載著我國有關金銀的知識和技術成就。

貴金屬在首飾行業中的應用

由于貴金屬具有美麗而光亮的色澤長期不會改變，被人們作為飾品，成為權利與富貴的象征。據考古資料證實，南美在公元前400～800年就對鉑有所認識，并用其制造了面飾、鼻飾等。實際上在20世紀40年代前，貴金屬的主要用途就是制造飾品，即使其在工業上的應用不斷開拓的今天，它在飾品上的用量仍然可觀。

用在飾品上的貴金屬主要有黃金、銀、鉑、鈀。

貴金屬在金融中的應用

歷史上黃金、白銀一直作為貨幣使用，掠取占有更多的黃金白銀是殖民統治者發動戰爭的動力。馬克思說過：“貨幣天然是金銀，金銀天然不是貨幣。”正如在金本位制之前，黃金就發揮著貨幣職能一樣，在制度層面上的黃金非貨幣化并不等于黃金已完全失去了貨幣職能，外貿結算不再使用黃金，但最后平衡收支時，黃金仍是一種貿易雙方可以接受的結算方式。黃金非貨幣化并未規定各國龐大的黃金儲備的去向，就連高舉黃金非貨幣化大旗的國際貨幣基金組織也僅規定處理掉1 / 6黃金儲備，而保留了大部分黃金儲備，顯然為自己留了一根貨幣黃金的尾巴。

二十世紀九十年代末誕生的歐元貨幣體系，明確黃金占該體系貨幣儲備的15%。這是黃金貨幣化的回歸。黃金仍是可以被國際接受的繼美元、歐元、英磅、日元之后的第五大國際結算貨幣。

貴金屬被視為一種保障并且很容易作為一個儲藏的媒介，被認為是用來對抗通貨膨脹的良好資產。隨著近些年國內外針對貴金屬市場一些改革措施的逐步實施，目前已經形成了以透明規范為標準的自由運作的貴金屬交易市場。

國內各大銀行及一些機構紛紛推出了貴金屬理財產品，有實物類，如金條金磚紀念幣等，有紙幣類，如紙黃金等，有期貨類，也有類似于證券交易顯示的貴金屬交易平臺。

貴金屬在催化行業中的應用

貴金屬催化劑(precious metal catalyst)，一種能改變化學反應速度而本身又不參與反應最終產物的貴金屬材料。幾乎所有的貴金屬都可用作催化劑，但常用的是鉑、鈀、銠、銀、釕等，其中尤以鉑、銠應用最廣。它們的d電子軌道都未填滿，表面易吸附反應物，且強度適中，利于形成中間“活性化合物”，具有較高的催化活性和特殊的選擇性，同時還具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等綜合優良特性，成為最重要的催化劑材料。

用于汽車廢氣凈化催化劑

用汽油內燃機和柴油內燃機為動力的車輛，由于機內燃燒不完全，排出的尾氣中含一氧化碳、碳氫化合物以及氮的氧化物等有害氣體，是造成空氣污染、產生光化學煙霧的主要污染源，消除這個污染最有效的辦法就是采用含鉑或含鉑鈀銠的催化劑，能大大降低氧化反應的活化能，是CO加速氧化為CO2，[C]、[H]氧化成CO2和H2O，使NOx還原為無毒的N2。一輛轎車約需3g鉑族金屬，在各種工業中是鉑的最大用戶。

硝酸生產用鉑催化劑

硝酸是生產化肥、炸藥、染料等的基本化工原料，催化氧化氨制造硝酸，幾乎是世界硝酸生產的全部來源，而鉑族金屬又幾乎是氧化氨的唯一催化劑。催化劑為鉑絲、Pt-Rh或Pt-Rh-Pd合金絲織成的網，氧化反應很快，在10-11s即可完成，放出大量熱能。生產的NO與O2反應得到NO2，溶于水即成硝酸。

石油重整催化劑

從原油中分出的汽油，其辛烷值一般只有30～50，達不到內燃機燃油的要求，添加四乙鉛可以提高辛烷值防止爆震，但造成空氣污染，并且會使廢氣凈化催化劑失效。1949年世界上建立了Pt/Al2O3為催化劑的鉑重整工業，可用辛烷值低的粗汽油為原料，通過重整使原料中的成分發生異構化或環化等結構上的變化，來提高辛烷值。重整催化劑的作用不僅提高了辛烷值，而且還可以按照需要改變原料的結構得到化學工業上所需的原料。

化工合成用催化劑

許多塑料、人造纖維、醫藥是以石油煉制工業的尾氣為原料合成的，鉑族催化劑在這些合成中具有重要的作用。

燃料電池催化劑

燃料電池是將化學能直接轉變為電能的裝置，因為這種轉變不受卡諾循環的限制，故而在理論上效率可高達90%。在目前的技術水平條件下能達到70%～85%左右。汽油機、柴油機、氣體透平機或蒸汽透平機與發電機組成的配套發電設備效率為15%～40%，遠遠低于燃料電池；而且后者具有無聲、無污染、無運輸部件，易于維護、比能量大、機動靈活等優點。燃料電池中特別是低溫燃料電池是借助于催化劑完成吸附、電子傳送和表面反應三種作用，它是必不可少的材料。

貴金屬在電子和陶瓷工業中的應用

貴金屬在電子工業上的應用

貴金屬在電子工業上的主要用途是制作各類電鍍材料、電子漿料和電阻材料。含貴金屬電阻材料品種極其繁多，應用范圍幾乎包括了目前所有電子工業領域。貴金屬在電阻材料中的存在形態包括含單一貴金屬和多種貴金屬的各類合金絲、純貴金屬或貴金屬與普通金屬形成的合金觸電、貴金屬單質或有關化合物與其它材料組成的各類電子漿料等。可以說，沒有貴金屬各類材料的支撐和參與，電子和信息產業的誕生和發展是不可能的。正是因為貴金屬在包括電子工業在內的整個工業領域起著非常重要的作用，所以當貴金屬的貨幣職能退化或完全消失以后，貴金屬的“身價”并沒有下降，反而直線上升，將貴金屬比喻為工業發展的“維他命”一點的不過分。

貴金屬在陶瓷（包括玻璃）行業的應用

貴金屬在陶瓷（包括玻璃）行業的應用也非常廣泛。這些應用主要是為電子、化工和醫藥等行業提供高質量和高性能的含貴金屬的各類陶瓷材料和玻璃材料。例如，貴金屬在化工和醫藥行業最大用途是作為催化劑使用，但是不把貴金屬附載到有關多孔物質上去，貴金屬與有關反應物料之間的接觸面非常有限，其催化性能很難得到有效發揮。而陶瓷具有良好的耐腐蝕能力、耐高溫能力和一定的機械強度，將其制成多孔性材料并吸附一定量的貴金屬后的狀態正是化工和醫藥行業作為催化劑所必需的形態，因此陶瓷類貴金屬催化劑已經成為在化工和醫藥行業所用貴金屬催化劑的主要種類之一。又如，許多含貴金屬的電子器件的基底材料為陶瓷，貴金屬在電子行業中的應用，很大一部分實際是在制備各類特種陶瓷（熱敏陶瓷、壓電陶瓷、光敏陶瓷、氣敏陶瓷等）。

貴金屬在醫藥上的應用

貴金屬除了在化工、電子等方面有廣泛的用途外，在醫藥上也正在獲得越來越廣泛的應用，其中有些應用如含鉑抗癌藥物的應用是其它金屬的化合物所不可替代的。

含鉑抗癌藥物

自從1969年盧森堡首次報道了順鉑的抗癌活性后，含鉑的抗癌藥物發展迅速，例如順鉑和卡鉑已成為癌癥化療不可缺少的藥物，含鉑抗癌藥物具有良好的應用前景。

順鉑的抗瘤譜較廣，抗癌作用強，抗癌活性高。可用于食道癌、肺癌、鼻咽癌、膀胱癌、宮頸癌、前列腺癌、惡性淋巴瘤、軟組織肉瘤、頭頸部腫瘤及睪丸腫瘤等。卡鉑的作用與機制和順鉑相同，抗腫瘤活性高于順鉑。草酸鉑用于大腸癌治療用藥。在幾千種業已合成的鉑類抗癌配合物中，只有很少一部分顯示了較高的抗癌活性并進入了臨床階段。近年來的研究已經從抗癌機理入手，突破了原來的構效關系，尋找一些抗癌機理不同于第一和第二代抗癌藥物的第三代鉑類抗癌配合物。總的看來，在上述諸多鉑類配合物中，具有兩個不同氨基的所謂混胺型鉑類配合物往往在同一體系中具有較為優良的抗癌作用，這或許將成為新一代鉑類抗癌藥物誕生的一個重要方向。

貴金屬在牙科合金中的應用

在人們的日常生活中由于種種原因，牙齒跟其它組織器官一樣會被損傷。在牙科學中，金屬主要用于充填材料、錘造金屬箔、鑄造牙冠、鑲嵌體、牙橋、假牙托、銷釘和焊料。因牙科金屬材料要求生物相容性好、抗腐蝕性好、色度接近牙齒本色、高的抗拉強度和硬度、加工性能好、原料充足等特點，貴金屬及其合金具有獨特的、穩定的物理和化學性能，因此首先被選為牙科材料。另外，從心理要求來說，如同人們喜歡貴金屬首飾一樣，把貴金屬裝在牙齒上以顯示高貴和富有，人們似乎也會從中感到愉快和舒適。

貴金屬在納米材料中的應用

材料技術的發展趨勢之一是粒子尺度越來越小的方向發展。以前組成材料的顆粒，尺度都在微米（10-6m）量級，而現在出現了向納米（10-9m）尺度發展的趨向。納米材料是近幾年來最受關注的新材料之一，其重要意義越來越為人們所認識。盡管納米科技產品進入市場尚需大約四五十年的時間，但一些納米粉體材料已先期進入應用階段，顯示出了奇特的性能。納米技術將對產品的升級換代發揮重要的作用。貴金屬深加工領域涉及到的許多產品，特別是貴金屬粉體材料，如能與納米技術相結合，將給貴金屬深加工帶來新的內容，并將為貴金屬深加工及其相關產業提供巨大的發展空間。

催化劑材料

貴金屬材料本身就具有優良的催化活性，如果將其再制成納米顆粒，比表面積大大增加（1g鉑納米顆粒比表面積有兩個足球場大）且有豐富懸空鍵，因此是活性更高、選擇性更好的催化劑。

貴金屬納米催化劑包括貴金屬納米顆粒催化劑和負載型貴金屬納米催化劑，目前已成功應用于高分子、高聚物的加氫反應。稀土氧化物加貴金屬納米顆粒凈化汽車尾氣，取得了明顯的效果，貴金屬納米催化劑在環境保護中得到更廣泛的應用。

衛生、醫用材料

國內外已成功研制出納米載銀材料，這種材料銀顆粒直徑大約90 nm，銀含量為3.4%，在1223K高溫下，對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌有明顯抑制作用，將這類顆粒均勻分布于紙張、纖維、木材和塑料中，將使這些材料有殺菌消毒的作用，其應用十分廣泛。

具有生物活性的貴金屬化合物，制成納米材料后，其利用率大大提高，將貴金屬納米藥物充填于納米微管中，具有緩釋作用，利用這些特點，國外已有人設想制作順鉑的納米顆粒，如獲成功，將使鉑族金屬抗癌藥物的應用取得重大突破。納米藥物可以通過皮膚直接吸收而無需注射，這將給藥物制劑工業帶來變革性的革命。

儲氫材料

鉑、鈀具有很強的以金屬氫化物形式儲氫的能力，納米鉑族金屬管具有很高的比表面積，是很理想的儲氫材料。

傳感材料

納米微粒對環境中的熱、光、濕度和溫度極為敏感，因此傳感器是納米顆粒最有前途的應用領域之一。納米鉑載于Al2O3粉末上，可用在可燃氣體傳感器中。鈀、釕膠體或由它們的納米粉末制成的漿料在濕度、溫度傳感器中也有重要的應用。

光學材料

用于真空鍍法制成的Au、Ag及Cu金屬薄膜，以及TiO2/Ag/TiO2制成的多層干涉膜，均為良好的納米紅外反光材料。Pd/Y、Pd/La納米復合膜已成功用作光轉換材料。Ag/玻璃納米復合膜，可用光開關器件中。

結束語

隨著科學技術的不斷發展，貴金屬材料得到越來越廣泛的應用，隨著貴金屬的用途不斷的開發，其研究和開發對工業和社會發展意義重大，今后許多領域必將是鉑催化劑大顯身手的時代。

[1] 劉桂華，侯文明，沈善問，等. 從合成三(三苯基膦)氯化銠產生的有機廢液中回收銠.貴金屬,2011, 32(4), 21-23

[2] 潘再富，劉偉平，陳家林，等. 鉑族金屬均相催化劑的研究和應用.貴金屬,2009, 22(3), 53-57

[3] 周全法. 貴金屬深加工及其應用. 北京：化學工業出版社，2002

[4] 王永錄，劉正華.金銀及鉑族金屬再生回收. 長沙：中南大學出版社，2005

[5] 董守安.現代貴金屬分析. 北京：化學工業出版社，2007

[6] 譚慶麟，闕振寰. 鉑族金屬：性質、冶金、材料. 北京：冶金工業出版，1990

Application of Precious Metals

LIU Gui-hua, PAN Zai-fu, YANG Jun, YANG Shan-xiao, GAO Jin-cui

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潘再富，男，高級工程師，主要從事貴金屬化合物開發和經營

云南省重大科技計劃項目（2008IA008，2008CF002）

貴研鉑業股份有限公司，云南 昆明 650106

劉桂華，工程師，主要從事貴金屬化學冶金工作，貴研鉑業股份有限公司，稀貴金屬綜合利用新技術國家重點實驗室