液态镓和三颗固态铂珠，演示了研究论文中所描述的铂在镓中的溶解过程。图片来源:新南威尔士大学悉尼分校Arifur Rahim博士。
在一项激子科学/FLEET研究中，研究人员已经能够使用微量液态铂在低温下产生廉价高效的化学反应，为关键行业的大幅减排开辟了一条途径。
当铂与液态镓结合使用时，所需的铂量足够小，可以显著增加地球上这种有价值金属的储量，同时可能为CO提供更可持续的解决方案2化肥生产中的还原、氨合成、绿色燃料电池的创造，以及化学工业中许多其他可能的应用。
这些研究结果主要集中在铂上，当谈到这些催化系统的潜力时，它们只是液态金属海洋中的一滴水。通过扩展这种方法，可以有1000多种不同反应的1000多种可能的元素组合。
研究结果已发表在该杂志上化学性质是可以在这里．(DOI 10.1038 / s41557 - 022 - 00965 - 6)
铂是一种非常有效的催化剂(化学反应的触发器)，但由于价格昂贵，在工业规模上没有广泛应用。大多数涉及铂的催化系统也有很高的持续能源成本来运行。
催化系统的原子视图，其中银球代表镓原子和红色球代表铂原子。绿色小球是反应物，蓝色小球是生成物，突出了催化反应。图片来源:新南威尔士大学悉尼分校Arifur Rahim博士。
通常，铂的熔点是1700°C。当它以固体状态用于工业用途时，碳基催化系统中需要大约10%的铂。
在试图生产用于商业销售的部件和产品时，这不是一个可承受的比例。
不过，这种情况在未来可能会改变，因为科学家们正在研究悉尼新南威尔士大学而且皇家墨尔本理工大学找到了一种使用微量铂来产生强烈反应的方法，而且没有昂贵的能源成本。
该团队，包括成员ARC激子科学卓越中心和ARC未来低能耗技术卓越中心它将铂与液态镓结合在一起，熔点仅为29.8°C——这是炎热天气的室温。当与镓结合时，铂变成可溶的。换句话说，它会融化，而且不需要点燃强大的工业熔炉。
对于这种机理，只需要在初始阶段进行高温处理，当铂溶解在镓中以创建催化系统。即使这样，温度也只有一两个小时在300°C左右，远不及工业规模化学工程中通常需要的持续高温。
作者的贡献唐建波博士新南威尔士大学的研究人员将其比作铁匠使用热锻炉来制造可以使用多年的设备。
“如果你用钢铁来工作，你必须把它加热来制造工具，但你有了工具，就再也不用加热了，”他说。
“其他人也尝试过这种方法，但他们必须一直在非常高的温度下运行催化系统。”
为了制造一种有效的催化剂，研究人员需要使用低于0.0001的铂与镓的比例。最值得注意的是，由此产生的系统被证明比固态系统的效率高出1000多倍(固态系统需要大约10%的昂贵铂金才能工作)
优点还不止于此——因为它是基于液体的系统，它也更可靠。固态催化系统最终会堵塞并停止工作。这不是问题。就像带有内置喷泉的水景一样，液体机制不断自我更新，在很长一段时间内自我调节其有效性，并避免池塘浮渣在表面积聚的催化等效物。
阿里弗·拉希姆博士来自新南威尔士大学悉尼分校的第一作者说:“从2011年起，科学家们能够将催化剂系统小型化到活性金属的原子水平。为了保持单个原子彼此分离，传统的系统需要固体基质(如石墨烯或金属氧化物)来稳定它们。我想，为什么不用液体基质来代替，看看会发生什么。
“固定在固体基质上的催化原子是不可移动的。通过使用液态镓基质，我们在低温下增加了催化原子的流动性。”
该机制也足够通用，可以执行氧化和还原反应，其中氧气分别提供给或从物质中带走。
新南威尔士大学的实验人员必须解决一些谜团才能理解这些令人印象深刻的结果。利用先进的计算化学和模型，他们在RMIT的同事，由Salvy Russo教授他们能够确定铂永远不会变成固体，直到单个原子的水平。
研究员Nastaran Meftahi博士揭示了她的RMIT团队建模工作的重要性:“我们发现两个铂原子从来没有相互接触过，”她说。
“它们总是被镓原子隔开。在这个体系中没有固态铂的形成。它总是原子分散在镓中。这真的很酷，这也是我们在建模中发现的，这很难通过实验直接观察到。”
令人惊讶的是，实际上是镓在近距离的铂原子的影响下推动了所需的化学反应。
合著者安德鲁·克里斯托弗森博士RMIT的研究人员解释了这些结果的新颖之处:“铂实际上在表面以下一点，它正在激活周围的镓原子。在铂的作用下，镓发生了神奇的变化。
“但如果没有白金，就不会发生这种情况。据我所知，这完全不同于任何人展示过的其他催化剂。而这只能通过建模来展示。”