液态铂室温下实现高效催化反应

业界 | 2022-06-07 08:38:45
时间:2022-06-07 08:38:45   /   来源: 科技日报      /   点击数:()

澳大利亚研究人员使用微量的液体铂在低温下产生了廉价而高效的化学反应,为关键行业的大幅减排开辟了新途径。当与液态镓结合时,反应所需的铂量很小,有望为二氧化碳减排、化肥生产中的氨合成、绿色燃料电池制造以及许多其他可能的化工应用提供更可持续的解决方案。

铂是一种非常有效的催化剂,但由于价格昂贵,因此并未在工业规模上广泛使用。大多数涉及铂的催化系统持续运行的能源成本也较高。通常情况下,铂的熔点约为1700℃,当它以固态形式用于工业用途时,碳基催化系统中需要大约10%的铂。在制造用于商业销售的零部件和产品时,这一比例的铂成本极高。

现在,澳大利亚新南威尔士大学和皇家墨尔本理工大学的研究人员找到了一种方法,可以使用微量的铂就产生强大的反应。

研究人员将铂与液态镓结合在一起,液态镓的熔点仅为29.8℃,相当于炎热天气时的室温。当铂与镓结合时,铂变得可溶。这种机制只需要在初始阶段进行高温处理,此时铂被溶解在镓中形成催化系统。即便如此,一两个小时的温度也只有300℃左右,远低于工业规模化学工程中通常需要的持续高温。

为了制造出有效的催化剂,研究人员需要使用不到0.0001的铂与镓的比例。最值得注意的是,事实证明,由此产生的系统比其固态竞争“对手”(需要大约10%的昂贵铂金才能工作)的效率高出1000多倍。

此外,因为它是基于液体的系统,所以也更可靠。固态催化系统最终会堵塞并停止工作。而新的液体机制“就像带有内置喷泉的水景一样”,可不断更新,在很长时间内自我调节其有效性,避免催化如同池塘浮渣一般在表面堆积。

该机制还具有足够的通用性,可以执行氧化反应和还原反应。

通过利用先进的计算化学和建模技术,研究人员还证明,在化学反应过程中,铂永远不会变成固体,它总是以原子形式分散在镓中。

研究结果6日发表在《自然·化学》杂志上。通过扩展这种方法,液态金属催化剂或许有1000多种可能的元素组合,实现多达1000多种不同的反应。

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