隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展和環(huán)境保護的關(guān)注日益增加，化工行業(yè)正面臨前所未有的挑戰(zhàn)。據(jù)估計，化學生產(chǎn)過程消耗逾10%的世界總能源，溫室氣體排放量占全球總量的10%~15%。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，悉尼大學唐俊馬博士及其團隊研究人員提出了利用液態(tài)金屬新型催化技術(shù)，旨在實現(xiàn)更綠色、更可持續(xù)的化學反應(yīng)，并減少化工行業(yè)的碳排放。相關(guān)研究成果已發(fā)表在《Science》雜志上。

       這一創(chuàng)新技術(shù)的核心在于利用液態(tài)金屬獨特的物理和化學特性，降低化學反應(yīng)的能量需求。在室溫和較高溫度下，液態(tài)金屬或合金能動態(tài)重排其表面的原子以響應(yīng)不同的化學過程，這種能力被研究人員稱為“原子智能”。通過這種機制，液態(tài)金屬能動態(tài)調(diào)整其表面活性位點，有效穩(wěn)定中間體，從而促進反應(yīng)進行。

       相比于固態(tài)金屬，液態(tài)金屬在反應(yīng)路徑上的能量效率更高，能在較低溫度下引發(fā)化學反應(yīng)，而傳統(tǒng)方法需要將金屬加熱至幾千攝氏度。與此同時，液態(tài)金屬可動態(tài)調(diào)整局部配置，其表面的原子能根據(jù)反應(yīng)物的電荷和結(jié)構(gòu)重新排列，從而產(chǎn)生最適于反應(yīng)的活性位點。這一特性在多步反應(yīng)中有重要作用，可以提高反應(yīng)的效率。此外，液態(tài)金屬催化劑能在其表面生成固態(tài)副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物通過簡單的機械攪拌就能從催化劑表面移除，從而保持活性位點的可及性，防止催化劑中毒和失效。在生產(chǎn)烯烴和通過烷烴熱裂解生成碳中性氫氣方面，這一特性尤為重要。液態(tài)金屬還具有抗積炭性，其表面可以持續(xù)生成碳質(zhì)固體，避免了傳統(tǒng)催化劑因表面積炭而損失活性。

       雖然液態(tài)金屬催化劑在實驗室條件下展現(xiàn)出巨大的潛力，但其在工業(yè)應(yīng)用中的經(jīng)濟性和大規(guī)模生產(chǎn)仍需進一步探索。研究人員認為，未來可以通過探索低成本的替代金屬和共晶合金，并優(yōu)化反應(yīng)條件，進一步提高液態(tài)金屬催化劑的經(jīng)濟性。