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液態鉑室溫下實現高效催化反應

日期:2022-06-09 17:04

  澳大利亞研究人員使用微量的液體鉑在低溫下產生了廉價而高效的化學反應,為關鍵行業的大幅減排開辟了新途徑。當與液態鎵結合時,反應所需的鉑量很小,有望為二氧化碳減排、化肥生產中的氨合成、綠色燃料電池制造以及許多其他可能的化工應用提供更可持續的解決方案。

  鉑是一種非常有效的催化劑,但由于價格昂貴,因此并未在工業規模上廣泛使用。大多數涉及鉑的催化系統持續運行的能源成本也較高。通常情況下,鉑的熔點約為1700℃,當它以固態形式用于工業用途時,碳基催化系統中需要大約10%的鉑。在制造用于商業銷售的零部件和產品時,這一比例的鉑成本極高。

  現在,澳大利亞新南威爾士大學和皇家墨爾本理工大學的研究人員找到了一種方法,可以使用微量的鉑就產生強大的反應。

  研究人員將鉑與液態鎵結合在一起,液態鎵的熔點僅為29.8℃,相當于炎熱天氣時的室溫。當鉑與鎵結合時,鉑變得可溶。這種機制只需要在初始階段進行高溫處理,此時鉑被溶解在鎵中形成催化系統。即便如此,一兩個小時的溫度也只有300℃左右,遠低于工業規?;瘜W工程中通常需要的持續高溫。

  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,事實證明,由此產生的系統比其固態競爭“對手”(需要大約10%的昂貴鉑金才能工作)的效率高出1000多倍。

  此外,因為它是基于液體的系統,所以也更可靠。固態催化系統最終會堵塞并停止工作。而新的液體機制“就像帶有內置噴泉的水景一樣”,可不斷更新,在很長時間內自我調節其有效性,避免催化如同池塘浮渣一般在表面堆積。

  該機制還具有足夠的通用性,可以執行氧化反應和還原反應。

  通過利用先進的計算化學和建模技術,研究人員還證明,在化學反應過程中,鉑永遠不會變成固體,它總是以原子形式分散在鎵中。

  研究結果6日發表在《自然·化學》雜志上。通過擴展這種方法,液態金屬催化劑或許有1000多種可能的元素組合,實現多達1000多種不同的反應。


來源:科技日報

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