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液态金属做催化剂？

来源: X-MOL 2017-08-16 16:12:08

看过电影《终结者》系列，一定会对液态金属终结者机器人T-1000印象深刻。T-1000可随意变形、自我修复，搭配上极度智能的控制系统，几乎就是终极武器般的存在。

在现实世界中，液态金属也是一种引人注目的材料，在多个领域都有应用，例如：柔性电子器件、3D打印甚至药物递送（点击阅读相关：报道一、报道二、报道三、报道四）。最近，德国埃尔朗根-纽伦堡大学（FAU）的Peter Wasserscheid教授等人在Nature Chemistry 报道了他们的奇思妙想——将液态金属用于催化化学反应。他们将液态金属引入到传统的负载型催化剂中，制备了液态Ga-Pd双金属催化剂来催化丁烷脱氢反应。这种新型的催化剂体现出不同于常规复杂性催化剂的物理化学性质，在丁烷脱氢反应中表现出很不错的催化性能，耐积碳且相当稳定。

在这项工作中，他们利用能在室温至2000 ℃都保持液态的Ga作为催化剂的“溶剂”，然后“溶解”具有催化活性的Pd，从而得到双金属合金。从下图的相图可以看到，在不同的Pd/Ga比以及不同的温度下，合金的存在形式不同。在450 ℃左右以及少量的Pd掺杂的情况下，Ga和Pd呈现互溶的状态。因此，在这个条件下，以Ga为主体的合金粒子会呈现液态。

作者选择了多孔的玻璃作为惰性载体吸附金属Ga。随后通过原位置换的方法将Pd沉积到Ga粒子上，得到了Ga-Pd双金属粒子。从扫描电镜（SEM）照片上可以看到（下图），Ga-Pd粒子呈现非常宽的尺寸分布，有一些只有几十纳米而有一些粒子则是超过一微米。作为对比的是，以Pd为主体，掺杂一定量Ga的粒子一般都以固体形式存在（熔点较高），通常情况下是以纳米粒子的形式负载在载体上。

为了考察Pd在液态粒子中的分布状态，作者利用原位X射线光电子能谱（XPS）对不同温度下Ga-Pd双金属粒子进行化学分析。如下图所示，当温度高于350 ℃时，粒子表面的化学组分和体相的组分是一致的，说明在高温状态下，整个液态金属粒子呈现均匀的状态。而当温度降低时，表面Pd的含量逐渐降低。这可能是因为在较低温度时，形成了相分离。上述XPS结果和Pd-Ga双金属合金的相图相吻合。

催化

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