Platinum cecair pada suhu bilik: Pemangkin ‘sejuk’ untuk revolusi mampan dalam kimia industri

Galium cecair dan manik platinum dalam jarak dekat. Kredit: Dr Md Arifur Rahim, UNSW Sydney.

Penyelidik di Australia telah dapat menggunakan sejumlah kecil platinum cecair untuk mencipta tindak balas kimia yang murah dan sangat cekap pada suhu rendah, membuka laluan kepada pengurangan pelepasan dramatik dalam industri penting.

Apabila digabungkan dengan galium cecair, jumlah platinum diperlukan adalah cukup kecil untuk memanjangkan rizab bumi logam berharga ini dengan ketara, sementara berpotensi menawarkan lebih banyak lagi penyelesaian yang mampan untuk CO2 pengurangan, sintesis ammonia dalam pengeluaran baja, dan penciptaan sel bahan api hijau, bersama-sama dengan banyak aplikasi lain yang mungkin dalam industri kimia.

Penemuan ini, yang memberi tumpuan kepada platinum, hanyalah penurunan dalam lautan logam cecair apabila ia berkaitan dengan potensi sistem pemangkinan ini. Dengan mengembangkan kaedah ini, mungkin terdapat lebih daripada 1,000 gabungan unsur yang mungkin untuk lebih 1,000 tindak balas yang berbeza.

Keputusan akan diterbitkan dalam jurnal Kimia Alam pada hari Isnin 6 Jun.

Platinum sangat berkesan sebagai pemangkin (pencetus tindak balas kimia) tetapi tidak digunakan secara meluas pada skala industri kerana ia mahal. Kebanyakan sistem pemangkinan yang melibatkan platinum juga mempunyai kos tenaga berterusan yang tinggi untuk beroperasi.

Biasanya, yang takat lebur untuk platinum ialah 1,700°C. Dan apabila ia digunakan dalam a keadaan pepejal untuk tujuan perindustrian, perlu ada sekitar 10% platinum dalam sistem pemangkin berasaskan karbon.

Ini bukan nisbah yang berpatutan apabila cuba mengeluarkan komponen dan produk untuk jualan komersial.

Itu boleh ditetapkan untuk berubah pada masa hadapan, walaupun, selepas saintis di UNSW Sydney dan RMIT University menemui cara untuk menggunakan sejumlah kecil platinum untuk mencipta tindak balas yang kuat, dan tanpa kos tenaga yang mahal.

Platinum cecair pada suhu bilik

Pandangan atom sistem pemangkin di mana sfera perak mewakili atom galium dan sfera merah mewakili atom platinum. Sfera hijau kecil adalah bahan tindak balas dan yang biru adalah produk – menyerlahkan tindak balas pemangkin. Kredit: Dr Md Arifur Rahim, UNSW Sydney.

Pasukan itu, termasuk ahli Pusat Kecemerlangan ARC dalam Sains Exciton dan Pusat Kecemerlangan ARC dalam Teknologi Tenaga Rendah Masa Hadapan, menggabungkan platinum dengan galium cecair, yang mempunyai takat lebur hanya 29.8°C—iaitu suhu bilik pada hari yang panas. Apabila digabungkan dengan galium, platinum menjadi larut. Dalam erti kata lain, ia cair, dan tanpa menyalakan relau industri yang sangat berkuasa.

Untuk mekanisme ini, pemprosesan pada suhu tinggi hanya diperlukan pada peringkat awal, apabila platinum dilarutkan dalam galium untuk mencipta sistem pemangkinan. Dan walaupun begitu, ia hanya sekitar 300°C untuk satu atau dua jam, tidak jauh dari suhu tinggi berterusan yang sering diperlukan dalam kejuruteraan kimia skala industri.

Penulis penyumbang Dr. Jianbo Tang dari UNSW menyamakannya dengan tukang besi yang menggunakan tempa panas untuk membuat peralatan yang akan bertahan selama bertahun-tahun.

“Jika anda bekerja dengan besi dan keluli, anda perlu memanaskannya untuk membuat alat, tetapi anda mempunyai alat itu dan anda tidak perlu memanaskannya lagi,” katanya.

“Orang lain telah mencuba pendekatan ini tetapi mereka perlu menjalankan sistem pemangkinan mereka pada suhu yang sangat tinggi sepanjang masa.”

Untuk mencipta pemangkin yang berkesan, para penyelidik perlu menggunakan nisbah kurang daripada 0.0001 platinum kepada galium. Dan yang paling mengagumkan, sistem yang dihasilkan terbukti lebih 1,000 kali lebih cekap daripada saingan keadaan pepejalnya (yang memerlukan kira-kira 10% platinum mahal untuk berfungsi)

Kelebihannya tidak terhenti di situ—kerana ia sistem berasaskan cecair, ia juga lebih dipercayai. Sistem pemangkin keadaan pepejal akhirnya tersumbat dan berhenti berfungsi. Itu bukan masalah di sini. Seperti ciri air dengan pancutan terbina dalam, mekanisme cecair sentiasa menyegarkan dirinya sendiri, mengawal sendiri keberkesanannya dalam jangka masa yang panjang dan mengelakkan pemangkin bersamaan buih kolam yang terkumpul di permukaan.

Dr. Md. Arifur Rahim, pengarang utama dari UNSW Sydney, berkata: “Dari 2011, saintis dapat mengecilkan sistem pemangkin ke tahap atom logam aktif. Untuk mengekalkan atom tunggal dipisahkan antara satu sama lain, sistem konvensional memerlukan matriks pepejal (seperti graphene atau oksida logam) untuk menstabilkannya. Saya fikir, mengapa tidak menggunakan matriks cecair dan lihat apa yang berlaku.

Platinum cecair pada suhu bilik

Galium cecair dan tiga manik pepejal platinum, menunjukkan proses pembubaran platinum dalam galium yang diterangkan dalam kertas penyelidikan. Kredit: Dr Md Arifur Rahim, UNSW Sydney.

“Atom pemangkin yang berlabuh pada matriks pepejal tidak bergerak. Kami telah menambah mobiliti kepada atom pemangkin pada suhu rendah dengan menggunakan matriks galium cecair.”

Mekanisme ini juga cukup serba boleh untuk melakukan kedua-dua tindak balas pengoksidaan dan pengurangan, di mana oksigen dibekalkan atau diambil dari bahan masing-masing.

Ahli eksperimen UNSW terpaksa menyelesaikan beberapa misteri untuk memahami keputusan yang mengagumkan ini. Menggunakan kimia dan pemodelan pengiraan lanjutan, rakan sekerja mereka di RMIT, diketuai oleh Profesor Salvy Russo, dapat mengenal pasti bahawa platinum tidak pernah menjadi pepejal, sehingga ke tahap atom individu.

Felo Penyelidik Sains Exciton Dr. Nastaran Meftahi mendedahkan kepentingan kerja pemodelan pasukan RMIT beliau.

“Apa yang kami dapati ialah dua atom platinum tidak pernah bersentuhan antara satu sama lain,” katanya.

“Ia sentiasa dipisahkan oleh atom galium. Tiada platinum pepejal yang terbentuk dalam sistem ini. Ia sentiasa tersebar secara atom di dalam galium. Itu benar-benar hebat dan itulah yang kami dapati dengan pemodelan, yang sangat sukar untuk diperhatikan secara langsung melalui eksperimen.”

Yang menghairankan, sebenarnya galiumlah yang melakukan kerja memacu tindak balas kimia yang diingini, bertindak di bawah pengaruh atom platinum dalam jarak yang dekat.

Penyiasat Bersekutu Exciton Science Dr. Andrew Christofferson dari RMIT menjelaskan betapa baru hasil ini: “Platinum sebenarnya berada sedikit di bawah permukaan dan ia mengaktifkan atom galium di sekelilingnya. Jadi keajaiban berlaku pada galium di bawah pengaruh platinum.

“Tetapi tanpa platinum di sana, ia tidak akan berlaku. Ini berbeza sama sekali daripada mana-mana pemangkinan lain yang ditunjukkan oleh sesiapa sahaja, yang saya sedar. Dan ini adalah sesuatu yang hanya boleh ditunjukkan melalui pemodelan.”


‘Hiasan berganda’ meningkatkan pemangkin industri


Maklumat lanjut:
Arifur Rahim, Pemangkin platinum cecair suhu rendah, Kimia Alam (2022). DOI: 10.1038/s41557-022-00965-6. www.nature.com/articles/s41557-022-00965-6

Disediakan oleh Pusat Kecemerlangan ARC dalam Sains Exciton

Petikan: Platinum cecair pada suhu bilik: Pemangkin ‘sejuk’ untuk revolusi mampan dalam kimia industri (2022, 6 Jun) diambil 7 Jun 2022 daripada

Dokumen ini tertakluk kepada hak cipta. Selain daripada sebarang urusan adil untuk tujuan kajian atau penyelidikan persendirian, tiada bahagian boleh diterbitkan semula tanpa kebenaran bertulis. Kandungan disediakan untuk tujuan maklumat sahaja.

We would love to say thanks to the author of this article for this outstanding web content

Platinum cecair pada suhu bilik: Pemangkin ‘sejuk’ untuk revolusi mampan dalam kimia industri


Check out our social media profiles along with other related pageshttps://paw6.info/related-pages/