Użyte ilości ciekłej platyny i ciekłego galu są na tyle małe, że mogą znacznie zwiększyć zasoby tych cennych materiałów, jednocześnie oferując bardziej zrównoważone rozwiązania w zakresie redukcji dwutlenku węgla, syntezy amoniaku i tworzenia ekologicznych ogniw paliwowych. Rozszerzając tę metodą na inne metale, można by uzyskać ponad 1000 możliwych kombinacji pierwiastków chemicznych dla ponad 1000 różnych reakcji. Szczegóły opisano w Nature Chemistry.
Jak stopić platynę?
Platyna jest skutecznym katalizatorem (czynnikiem uruchamiającym reakcje chemiczne), ale metal ten nie jest powszechnie używany ze względu na swoją rzadkość i cenę. Większość istniejących systemów katalitycznych opartych na platynie jest energochłonna.
Temperatura topnienia platyny w normalnych okolicznościach wynosi 1700oC, ale kiedy metal ten jest stosowany jako katalizator (jako ciało stałe), stosunek węgla do platyny powinien wynosić 9:1. Nie jest to odpowiednia proporcja dla stosowania w celach przemysłowych.
Wkrótce może się to zmienić, bo naukowcy z UNSW Sydney i RMIT University znaleźli sposób na wykorzystanie niewielkich ilości platyny do wywołania silnych reakcji chemicznych – i to bez ponoszenia dodatkowych kosztów energetycznych.
Naukowcy połączyli platynę z ciekłym galem, którego temperatura topnienia wynosi zaledwie 29,8oC. Po połączeniu z galem, platyna staje się rozpuszczalna i nie trzeba do tego ogromnych pieców przemysłowych.
Czytaj też: Naukowcy poprawili druk 3D z metalu. Wydruki stały się znacznie trwalsze
Dr Jianbo Tiang z UNSW, szef zespołu naukowego odpowiedzialnego za modyfikację platyny, porównał to do kowala używającego gorącej kuźni do produkcji sprzętu służącego przez lata.
Jeśli pracujesz z żelazem i stalą, musisz je rozgrzać, aby wykonać narzędzie, ale masz już narzędzie i nigdy więcej nie musisz go rozgrzewać. Inni ludzie próbowali tego podejścia, ale ich systemy katalityczne muszą pracować w bardzo wysokich temperaturach przez cały czas.dr Jianbo Tiang
Aby opracować nowy katalizator, konieczna była zmiana stosunku platyny do galu do poniżej 0,0001. Taka operacja pozwoliła na zwiększenie wydajności ponad 1000 razy niż w przypadku półprzewodnikowego systemu (który musiał zawierać ok. 10% platyny).
Od 2011 r. naukowcy byli w stanie zminiaturyzować systemy katalityczne do poziomu atomów metali aktywnych. Aby utrzymać pojedyncze atomy oddzielone od siebie, konwencjonalne układy wymagają stałych matryc (takich jak grafen lub tlenek metalu), które je stabilizują. Pomyślałem, że dlaczego nie użyć matrycy ciekłej i zobaczyć, co się stanie. Atomy katalityczne zakotwiczone na stałej matrycy są nieruchome. Dzięki zastosowaniu ciekłej matrycy galowej udało nam się zwiększyć mobilność atomów katalitycznych w niskiej temperaturze.Dr Arifur Rahim z UNSW Sydney
Opracowany mechanizm jest na tyle uniwersalny, że pozwala na przeprowadzenie zarówno reakcji utleniania, jak i redukcji.
