“无可比拟的可能性”——液态金属撼动了百年化学工程工艺

化学工业面临着改变化学工艺未来的“无与伦比的可能性”。

据研究人员称，液态金属可能是期待已久的“绿色化”化学工业的解决方案，他们测试了一种新技术，他们希望可以取代可追溯到20^世纪初的能源密集型化学工程过程。

全球约10-15%的温室气体排放来自化学制造。此外，化工厂消耗的能源占全球能源的10%以上。

最近发表在《自然纳米技术》杂志上的研究结果提供了一种急需的创新，它摆脱了由固体材料制成的旧的能源密集型催化剂。该研究由悉尼大学化学与生物分子工程学院院长Kourosh Kalantar-Zadeh教授和悉尼大学和UNSW联合工作的Junma Tang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，通常是固体金属或金属的固体化合物，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表面并与菜籽油等输入分子发生反应。这导致菜籽油分子旋转、破碎和重组成更小的有机链，包括丙烯，一种对许多行业至关重要的高能燃料。

“我们的方法为化学工业提供了无与伦比的可能性，可以减少能源消耗和绿色化学反应，”Kalantar-Zadeh教授说。

“预计到2050年，化工行业将占排放量的20%以上，”Kalantar-Zadeh教授说。“但与其他行业相比，化学制造业的知名度要低得多——范式转变至关重要。”

流程如何运作

液态金属中的原子比固体更随机排列，运动自由度更大。这使它们能够轻松接触并参与化学反应。“从理论上讲，它们可以在低得多的温度下催化化学物质 – 这意味着它们需要的能量要少得多，”Kalantar-Zadeh教授说。

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，我们可以在非常低的温度下获得液态镍——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有同样的影响，但程度较轻，“邓博士说。

金属在原子水平上分散在液态金属溶剂中。“因此，我们可以使用单原子催化剂。单原子是催化的最高表面积可及性，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资深作者兼DECRA研究员Arifur Rahim博士说。

研究人员表示，他们的配方也可以通过使用低温过程混合金属来用于其他化学反应。

“它需要如此低的温度来催化，理论上我们甚至可以在厨房里用燃气灶来催化——但不要在家里尝试，”唐博士说。