液态金属颠覆了具有百年历史的化学工程工艺

化学品生产约占温室气体排放总量的10-15%。世界总能源的10%以上也用于化工厂。今天发表在《自然纳米技术》上的研究结果提供了一项急需的创新，该创新摆脱了由固体材料制成的旧式能源密集型催化剂。该研究由悉尼大学化学与生物分子工程学院院长KouroshKalantar-Zadeh教授以及悉尼大学和新南威尔士大学联合工作的JunmaTang博士领导。

催化剂是一种在不参与反应的情况下使化学反应更快、更容易发生的物质。固体催化剂，通常是固体金属或固体金属化合物，通常用于化学工业中制造塑料、化肥、燃料和原料。

然而，使用固体工艺的化学生产是能源密集型的，需要高达一千摄氏度的温度。

新工艺改为使用液态金属，在这种情况下溶解锡和镍，这赋予它们独特的流动性，使它们能够迁移到液态金属的表面并与输入分子(例如菜籽油)发生反应。这导致菜籽油分子旋转、破碎和重新组装成更小的有机链，包括​​丙烯，一种对许多行业至关重要的高能燃料。

Kalantar-Zadeh教授表示：“我们的方法为化学工业降低能耗和绿色化学反应提供了无与伦比的可能性。”

“预计到2050年，化学行业的排放量将占总排放量的20%以上，”Kalantar-Zadeh教授说道。“但化学制造比其他行业不那么明显——范式转变至关重要。”

该流程如何运作

液态金属中的原子比固体中的原子排列更加随机，并且具有更大的运动自由度。这使得它们很容易接触并参与化学反应。卡兰塔-扎德教授说：“理论上，它们可以在更低的温度下催化化学物质，这意味着它们需要的能量少得多。”

在他们的研究中，作者将高熔点镍和锡溶解在熔点仅为30摄氏度的镓基液态金属中。

“通过将镍溶解在液态镓中，我们在非常低的温度下获得了液态镍——充当‘超级’催化剂。相比之下，固体镍的熔点为1455摄氏度。液态镓中的锡金属也经历了相同的影响，但程度较轻，”唐博士说。

金属以原子水平分散在液态金属溶剂中。“所以我们可以获得单原子催化剂。单原子具有最高的催化表面积，这为化学工业提供了显着的优势，”化学与生物分子工程学院的高级作者兼DECRA研究员ArifurRa​​him博士说。

研究人员表示，他们的配方还可以通过使用低温过程混合金属来用于其他化学反应。

唐博士说：“它需要如此低的温度来催化，理论上我们甚至可以在带有燃气灶的厨房里进行催化，但不要在家里尝试。”