液態(tài)鉑室溫下實(shí)現(xiàn)高效催化反應(yīng)

澳大利亞研究人員使用微量的液體鉑在低溫下產(chǎn)生了廉價(jià)而高效的化學(xué)反應(yīng)，為關(guān)鍵行業(yè)的大幅減排開辟了新途徑。當(dāng)與液態(tài)鎵結(jié)合時(shí)，反應(yīng)所需的鉑量很小，有望為二氧化碳減排、化肥生產(chǎn)中的氨合成、綠色燃料電池制造以及許多其他可能的化工應(yīng)用提供更可持續(xù)的解決方案。

鉑是一種非常有效的催化劑，但由于價(jià)格昂貴，因此并未在工業(yè)規(guī)模上廣泛使用。大多數(shù)涉及鉑的催化系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行的能源成本也較高。通常情況下，鉑的熔點(diǎn)約為1700℃，當(dāng)它以固態(tài)形式用于工業(yè)用途時(shí)，碳基催化系統(tǒng)中需要大約10%的鉑。在制造用于商業(yè)銷售的零部件和產(chǎn)品時(shí)，這一比例的鉑成本極高。

現(xiàn)在，澳大利亞新南威爾士大學(xué)和皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員找到了一種方法，可以使用微量的鉑就產(chǎn)生強(qiáng)大的反應(yīng)。

研究人員將鉑與液態(tài)鎵結(jié)合在一起，液態(tài)鎵的熔點(diǎn)僅為29.8℃，相當(dāng)于炎熱天氣時(shí)的室溫。當(dāng)鉑與鎵結(jié)合時(shí)，鉑變得可溶。這種機(jī)制只需要在初始階段進(jìn)行高溫處理，此時(shí)鉑被溶解在鎵中形成催化系統(tǒng)。即便如此，一兩個(gè)小時(shí)的溫度也只有300℃左右，遠(yuǎn)低于工業(yè)規(guī)模化學(xué)工程中通常需要的持續(xù)高溫。

為了制造出有效的催化劑，研究人員需要使用不到0.0001的鉑與鎵的比例。最值得注意的是，事實(shí)證明，由此產(chǎn)生的系統(tǒng)比其固態(tài)競(jìng)爭(zhēng)“對(duì)手”（需要大約10%的昂貴鉑金才能工作）的效率高出1000多倍。

此外，因?yàn)樗腔谝后w的系統(tǒng)，所以也更可靠。固態(tài)催化系統(tǒng)最終會(huì)堵塞并停止工作。而新的液體機(jī)制“就像帶有內(nèi)置噴泉的水景一樣”，可不斷更新，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)自我調(diào)節(jié)其有效性，避免催化如同池塘浮渣一般在表面堆積。

該機(jī)制還具有足夠的通用性，可以執(zhí)行氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。

通過利用先進(jìn)的計(jì)算化學(xué)和建模技術(shù)，研究人員還證明，在化學(xué)反應(yīng)過程中，鉑永遠(yuǎn)不會(huì)變成固體，它總是以原子形式分散在鎵中。

研究結(jié)果6月6日發(fā)表在《自然·化學(xué)》雜志上。通過擴(kuò)展這種方法，液態(tài)金屬催化劑或許有1000多種可能的元素組合，實(shí)現(xiàn)多達(dá)1000多種不同的反應(yīng)。