添入适量的微小黄金粒子,可使一种重要的化学反应过程“清洁化”,每天可生产出数以吨计的药品、清洁剂和食品添加剂。
在这些有机产品的生产过程中,有一步是必需的,即将氧原子与含碳化合物结合的氧化反应过程。理论上讲,这种反应可以清洁地进行——使用来自空气中的氧气,但前提必须将两个结合在一起的氧原子的化学键打断,便于氧原子游离进行反应。
来自英国加的夫大学的化学家格雷姆 · 哈钦斯解释说:在过去,大多数氧化反应依赖于气味刺鼻的氧化剂(如过乙酸等),它会产生有毒的废弃(副)产物。
现在,哈钦斯研究小组发现,直径25纳米的黄金粒子在摄氏60~80度的相对较低温度和与汽车轮胎相近的气压环境下,可以激活空气中的氧气。
被激活的氧气很容易与碳分子结合。在许多化学反应中,不同的溶剂被用来帮助溶解反应物并促进原子间的结合;但是被黄金粒子激活的氧气,可以完成结合反应而无需这些溶剂。
哈钦斯指出:摆脱这些溶剂的使用是工业界与环境友好的最佳方法之一,它减少了那些有可能污染环境的液体的数量。“如果你生产出产品而不使用这些溶剂,那可是从根本上解决了环保问题。”
在推进黄金催化剂项目的应用上,目前,哈钦斯研究组与设在伦敦的化工企业——梅西公司正在积极的合作中。
黄金正常情况下是惰性的,那就是为什么它非常稳定并且被加工成许多名贵饰品的原因。哈钦斯说:“如果你改变黄金的结构使之成为数百个原子组成的分子簇,它就会变得令人难以置信的活跃。”
应用在催化剂中,黄金粒子易与比其大的含碳颗粒的结合。哈钦斯认为:两者之间的界面正是氧化反应发生的地方。研究小组使用金属铋来调节金催化剂的活性,即封锁金催化剂表面的特定位点进行调节。
研究中还发现,金催化剂有利于环氧化物的产生。哈钦斯说:“环氧化物是一类贵重的化学物品,但其不容易制备。”目前的最清洁的反应方法依赖于过氧化氢(被普遍用作一种防腐剂)。尽管这是相对清洁的,哈钦斯估计:作为一种氧源,过氧化氢的使用比空气昂贵8倍。
现在有许多其他贵金属,如钯被广泛应用在各种化学过程中,但黄金似乎用途更为广泛,日本东京都市大学的一位化学家春田正武如是说。