RW Space

Ученые придумали, как сделать платину более доступной в качестве катализатора: превратить ее в низкотемпературную жидкость.

На протяжении веков было известно, что благородные металлы, такие как платина, золото, рутений и палладий, являются превосходными катализаторами химических реакций, поскольку помогают разрушать химические связи между атомами более эффективно, чем другие металлы.

Но благородные металлы редки и дороги, поэтому крупные промышленные производители обычно выбирают более дешевые и менее эффективные альтернативы, такие как железо. (Железо используется в качестве катализатора, например, при массовом производстве удобрений.)

Недостаток использования катализаторов более низкого качества заключается в том, что химические реакции необходимо нагревать до высоких температур, что увеличивает углеродный след для многие промышленные процессы.

Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее и RMIT в Австралии совершили рекордное достижение: растворили платину в жидком галлии, расщепив атомы платины таким образом, что в меньшем количестве платины был больший каталитический потенциал.

p>

Платина обычно имеет температуру плавления 1700 °C (3092 по Фаренгейту), что означает, что при использовании в качестве катализатора она обычно находится в твердом состоянии.

Вливая платину в матрицу галлия, он принимает температуру плавления галлия — мягкого, серебристого и нетоксичного металла, который плавится в основном при комнатной температуре 29,8 ° C. Одной из полезных характеристик жидкого галлия является то, что он растворяет металлы (подобно тому, как вода растворяет соль и сахар) путем разделения отдельных атомов в каждой молекуле.

Изобретение может снизить затраты на энергию и снизить выбросы в промышленности. Производство, говорят исследователи.

«Ряд важных химических реакций можно проводить при относительно низкой температуре с использованием более эффективного катализатора, такого как жидкая платина», — сообщил ScienceAlert ведущий автор и инженер-химик доктор Арифур Рахим из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее.

Ученые пытались сделать дорогие катализаторы из благородных металлов более доступными с помощью процесса «миниатюризации» с 2011 года, — объясняет Рахим.

Когда металлы твердые, только атомы снаружи могут использоваться в реакциях, так что есть много отходов. Если вы разбиваете это твердое вещество на все более мелкие комки (вспомните наночастицы), вы получаете более эффективную реакцию, так как больше атомов металла может входить в мускулы — многие руки облегчают работу.

Самая эффективная и мельчайшая система сделает каждый отдельный атом доступным для выполнения работы катализатора.

«Когда вы миниатюризируете систему, вы максимизируете отношение поверхности к поверхности. объемное соотношение и эффективность использования атомов, так что общее потребление катализатора со временем уменьшается, и это может сделать ваш продукт доступным», — говорит Рахим.

«Теоретически вы получаете максимальную эффективность этого каталитический металл, когда он находится в атомном масштабе, потому что вы не можете выйти за его пределы».

В одноатомных катализаторах связи, удерживающие катализатор вместе, расщеплены, и каждый атом индивидуально закреплен в веществе, называемом матрица.

Итак, Рахим и его коллеги протестировали галлий в качестве матрицы. После растворения в галлии они обнаружили, что каждый атом платины отделяется от каждого другого атома платины, что делает его идеальным миниатюрным катализатором.

«При растворении атомы платины пространственно диспергируются в жидкой матрице галлия без кластеризации атомов. (т. е. отсутствие платино-платиновой связи), которые могут запускать различные каталитические реакции с заметной массовой активностью», — пишут исследователи в своей статье.

Платина подвижна, когда находится в жидкой матрице, и гораздо менее склонны к закоксовыванию, когда твердые катализаторы покрываются углеродом и их необходимо очищать перед повторным использованием.

Галлий не так дешев, как железо. Но его можно использовать снова и снова для одних и тех же реакций. Это связано с тем, что, как и платина, галлий не дезактивируется и не разлагается во время реакции.

Для процесса растворения платины в галлии требуется повышение температуры примерно до 400 °C на несколько часов. Но исследователи говорят, что это единовременное вложение энергии, которое предотвращает дальнейшие скачки температуры в процессе химического производства, говорят исследователи.

Команда надеется, что их метод приведет к более чистым и дешевым продуктам, от удобрений до экологически чистых продуктов. топливные элементы.

Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry.