全球约 10-15% 的温室气体排放来自化工生产。此外，化工厂消耗的能源占全球能源消耗的 10%以上。化学工业面临着改变未来化学过程的"无与伦比的可能性"。研究人员对一种新技术进行了测试，他们希望这种技术能够取代 20 世纪初的能源密集型化学工程工艺，而液态金属可能是人们期待已久的"绿化"化学工业的解决方案。
一种利用液态金属作为催化剂的新技术有望实现低温、节能的化学反应，减少温室气体排放和能源消耗，从而为化学工业带来一场革命。上图为培养皿中的液态镓。图片来源：悉尼大学/菲利普-里奇
最近发表在《自然-纳米技术》（Nature Nanotechnology）杂志上的研究成果提供了一种亟需的创新方法，摒弃了由固体材料制成的老式高能耗催化剂。这项研究由悉尼大学化学与生物分子工程学院院长库罗什-卡兰塔尔-扎德（Kourosh Kalantar-Zadeh）教授和在悉尼大学和新南威尔士大学联合工作的唐俊马（Junma Tang）博士领导。
利用液态镓生成丙烯。资料来源：Junma Tang 博士
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。固态催化剂通常是固态金属或固态金属化合物，在化学工业中常用于制造塑料、化肥、燃料和原料。
然而，使用固体工艺生产化学品需要消耗大量能源，温度高达一千摄氏度。新工艺使用液态金属，在这种情况下，溶解锡和镍使它们具有独特的流动性，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。这样，菜籽油分子就会旋转、破碎并重新组合成更小的有机链，包括对许多行业至关重要的高能燃料丙烯。
通过注射器将液态镓放入培养皿中。图片来源：悉尼大学/菲利普-里奇
卡兰塔尔-扎德教授说："我们的方法为化学工业降低能耗、绿化化学反应提供了无与伦比的可能性。预计到 2050 年，化工行业的排放量将超过 20%，"Kalantar-Zadeh 教授说。"但与其他行业相比，化学制造业的能见度要低得多--模式转变至关重要。"
与固体相比，液态金属中的原子排列更加随机，运动自由度更大。这使得它们很容易接触并参与化学反应。从理论上讲，它们可以在更低的温度下催化化学反应，这意味着它们需要的能量要少得多。
在研究中，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。
Junma Tang 博士（左）、Arifur Rahim 博士（中）和 Kourosh Kalantar-Zadeh 教授（右）。图片来源：悉尼大学/菲利普-里奇
"通过将镍溶解在液态镓中，我们可以在极低的温度下获得液态镍--充当'超级'催化剂'。相比之下，固态镍的熔点为 1455 摄氏度。液态镓中的金属锡也有同样的效果，只是程度较轻，"Tang 博士说。
这些金属在液态金属溶剂中进行了原子级分散。因此，我们可以使用单原子催化剂。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："单原子是可用于催化的最高表面积，这为化学工业提供了显著的优势。"
研究人员说，通过使用低温工艺混合金属，他们的配方还可用于其他化学反应。它需要如此低的温度来催化，理论上我们甚至可以在厨房的煤气灶上做到这一点--但请不要在家里尝试。
编译来源：ScitechDaily