Gli scienziati hanno battuto un record sbalorditivo sul punto di fusione del platino

Gli scienziati hanno capito come rendere il platino più conveniente come a catalizzatore: trasformarlo in un liquido a bassa temperatura.

È noto da secoli che metalli nobili come il platino, l’oro, il rutenio e il palladio sono ottimi catalizzatori per reazioni chimiche, perché lo sono aiutano a rompere i legami chimici tra gli atomi più efficiente di altri metalli.

Ma i metalli nobili sono rari e costosi, quindi i produttori industriali su larga scala generalmente optano per alternative più economiche e meno efficaci come il ferro. (Il ferro è usato come catalizzatore nella produzione di massa di fertilizzanti, per esempio.)

Lo svantaggio dell’utilizzo di catalizzatori di qualità inferiore è che le reazioni chimiche devono essere riscaldate fino a temperature elevate, il che aumenta l’impronta di carbonio per molti processi industriali.

Con un risultato da record, i ricercatori dell’UNSW Sydney e del RMIT in Australia hanno sciolto il platino in gallio liquido, suddividendo gli atomi di platino in modo che ci fosse più potenziale catalitico in una quantità minore di platino.

Il platino ha normalmente una temperatura di fusione di 1.700 ° C (3.092 Fahrenheit), il che significa che di solito è un solido se usato come catalizzatore.

Infondendo platino in una matrice di gallio, adotta il punto di fusione del gallio, un metallo morbido, argenteo e non tossico che fonde sostanzialmente a temperatura ambiente di 29,8 °C. Una caratteristica utile del gallio liquido è che dissolve i metalli (come l’acqua dissolve il sale e lo zucchero) separando i singoli atomi in ciascuna molecola.

L’invenzione ha il potenziale per risparmiare sui costi energetici e ridurre le emissioni nella produzione industriale, affermano i ricercatori.

“Una serie di importanti reazioni chimiche potrebbe essere eseguita a temperature relativamente basse con l’uso di un catalizzatore più efficiente come il platino liquido”, ha detto a ScienceAlert l’autore principale e ingegnere chimico Md. Arifur Rahim dell’UNSW Sydney.

Dal 2011 gli scienziati hanno cercato di rendere più convenienti i costosi catalizzatori di metalli nobili attraverso un processo di “miniaturizzazione”, spiega Rahim.

Quando i metalli sono solidi, solo gli atomi all’esterno possono essere utilizzati nelle reazioni, quindi c’è un sacco di spreco. Se scomponi questo solido in grumi sempre più piccoli (pensa alle nanoparticelle), ottieni una reazione più efficiente poiché più atomi di metallo possono entrare in massa: molte mani fanno un lavoro leggero.

Il sistema più efficiente e minuscolo renderebbe ogni singolo atomo disponibile a svolgere il lavoro di catalizzatore.

“Quando miniaturizzi il sistema, stai massimizzando il rapporto superficie-volume e l’efficienza di utilizzo dell’atomo in modo che il consumo complessivo del catalizzatore sia inferiore nel tempo e ciò può rendere il tuo prodotto conveniente”, afferma Rahim.

“Teoricamente, ottieni la massima efficienza di quel metallo catalitico quando è su scala atomica, perché non puoi andare oltre”.

Nei catalizzatori a singolo atomo, i legami che tengono insieme il catalizzatore vengono divisi e ogni atomo è ancorato individualmente in una sostanza chiamata matrice.

Quindi, Rahim e colleghi hanno testato il gallio come matrice. Una volta disciolti nel gallio, hanno scoperto che ogni atomo di platino era diviso da ogni altro atomo di platino, rendendolo un perfetto catalizzatore in miniatura.

“Quando disciolti, gli atomi di platino sono dispersi spazialmente nella matrice di gallio liquido senza raggruppamento atomico (cioè l’assenza di legame platino-platino) che può guidare diverse reazioni catalitiche con una notevole attività di massa”, scrivono i ricercatori nel loro articolo.

Il platino è mobile quando è in una matrice liquida e molto meno incline al problema di cokedove i catalizzatori solidi vengono ricoperti di carbonio e devono essere puliti prima di poter essere riutilizzati.

Il gallio non è economico come il ferro. Ma può essere usato ancora e ancora per le stesse reazioni. Questo perché, come il platino, il gallio non si disattiva o si degrada durante la reazione.

Il processo di scioglimento del platino nel gallio richiede l’aumento della temperatura a circa 400 °C per alcune ore. Ma è un investimento di energia una tantum che consente di risparmiare ulteriori aumenti di temperatura in seguito durante il processo di produzione chimica, dicono i ricercatori.

Il team spera che la loro tecnica porti a prodotti molto più puliti ed economici, dai fertilizzanti alle celle a combustibile verdi.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Chimica della natura.

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