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新发明铁铝催化剂助力替代能源
2012年26期 发行日期:2012-07-02
  贵金属除了用来制作成珠宝首饰以及用于金融投资外,其在化学反应过程中通常作为重要的化学催化剂。如在塑料袋等产品的原料聚乙烯的生产过程中,钯在其关键反应过程中起到了重要的作用。为了寻找便宜的替代品,来自柏林、慕尼黑和布达佩斯等地的科学家开发出了一种铁铝催化剂,这种催化剂的性能与钯一样。
  聚乙烯生产工程中,需要借助钯来将原料乙烯中的乙炔转化为乙烯。新发明的铁铝催化剂能够与含有贵重金属的催化剂一样高效地将乙炔加氢为乙烯,因此科学家建议使用这种材料来替代钯。
  研究人员根据在铂上发生的反应,总结出了催化剂所必须具备的性质,并以此来寻找可以兼容的材料。而钯只有在其活性中心的大小与单个钯原子的大小接近时才能够获得期望的产品,如果不满足这个条件,乙炔分子的反应将不会停留在部分加氢的状态,即乙炔分子将结合4个氢原子得到乙烷。新型催化剂的思路即来源于此。为了固定活性中心,钯原子的晶格由镓形成。
  下一步则是找到替代材料。铝的某种复杂金属合金已经证明比较能够适合这些要求。与常规的合金不同,金属之间的融合不是以一种随机的形式混合在一起,而是形成规则的晶体结构。通过这种方式,铁原子组成的活性中心被铝原子分隔开成为可能。这些测试材料在于利希彼得克鲁伯格研究所(Peter Grünberg Institute)和慕尼黑大学(LMU)生产出来。
  铁-铝复合物被认为是和钯-镓复合物一样可靠的催化剂。在新催化剂应用于工业之前,这种新材料必须通过大规模技术应用测试。如果测试成功,这种催化剂在其他塑料生产过程的加氢选择性上也会表现出优势。
  彼得克鲁伯格研究所的Michael Feuerbacher解释称,该发明让人们对催化中的物理过程有了更好的理解,这些知识一方面可以有助于优化铁-铝催化剂,另一方面有助于寻找其他的催化材料。科学家们计划将继续系统地搜寻用于其他反应,特别是替代能源领域的催化剂。(李伟菘)
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