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澳洲科學家研發「液態觸媒」,化學製程速度提升10萬倍

澳洲蒙納許大學、雪梨大學與皇家墨爾本理工大學(RMIT)最新研究發表重大突破,研發出一種液態觸媒技術,有望全面革新化學工業的製程,大幅提升生產速度、安全性與永續性。

研究團隊將鈀(palladium)溶解於液態鎵(liquid gallium)中,成功創造出一種能自我再生的液態催化系統。此新型觸媒在鈴木-宮浦偶聯反應(Suzuki-Miyaura cross-coupling)中表現出卓越效能,這種反應技術曾榮獲諾貝爾化學獎,是現代製藥、農用化學品與材料科學產業中形成碳─碳鍵的重要方法。

鈀原子於液面下方,活化液態鎵表面原子,使反應快速發生

鎵─鈀催化劑促進SMCC反應的詳細分析: (A) 鎵─鈀催化SMCC反應的實驗裝置示意圖。 (B) SMCC反應示意圖,展示芳基鹵化物與苯硼酸的偶聯反應。 (C) 催化反應過程中不同時間點鎵(Ga)與鈀(Pd)金屬離子的穩定性(溶出)測試結果(h代表小時)。 (D) 鎵─鈀催化劑在SMCC反應中的反應動力學分析。 (E) 對應的阿瑞尼士(Arrhenius)圖,顯示此催化劑的活化能(Ea)。 (F) 催化劑重複使用五次後的效能測試結果。(圖/《科學進展》)

該催化劑能使化學反應速率比現有最佳鈀觸媒提高達10萬倍。研究者指出,鈀原子在液態鎵混合物中的特殊流動特性是高效能的關鍵:鈀原子停留於液面下方,活化液態鎵表面的原子,使反應快速發生。此過程與傳統固態觸媒截然不同,呈現獨特的異相催化(heterogeneous catalysis)特性,且不會釋放可能污染藥品並危害健康的鈀離子。

研究團隊期望這項突破性成果,能激發觸媒設計的進一步創新,推動更環保高效的工業製程發展。未來包括製藥、環保農藥、先進塑膠與電子元件等領域,皆可望受惠於這一新技術,進一步實現工業永續發展。

該研究成果近期已刊登於國際頂尖期刊《科學進展》(Science Advances)。

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首圖來源:AI-generated image (CC BY 4.0

圖片來源:Science Advances (CC BY 4.0

參考論文:
Liquid palladium for high-turnover carbon-carbon bond formationScience Advances

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