奈米鑽石是優越的工業用觸媒
- 上線日期：2010/11/26 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
中國及歐洲的科學家最近發現，奈米鑽石(nanodiamond)可以用來催化製造苯乙烯(styrene)的化學反應，而且相較於傳統的鉀-鐵催化劑，奈米鑽石在乙苯脫氫的反應中有將近三倍的活性。由於苯乙烯(styrene)的產製造是全球十大化學工業製程之一，這項發現可能在化學工業界中帶來革命性的改變。
苯乙烯是用來合成聚合物的重要化學原料，通常是利用鉀-鐵合金為催化劑，藉由乙苯脫氫產生，然而反應過程產生的焦炭會沉積於鉀-鐵合金上，嚴重影響其活性。業者必須藉由蒸汽清除積碳以恢復催化劑活性，導致營運成本增加。因此科學家致力於尋找新的高效率催化劑，改善乙苯脫氫工業對環境污染的影響。
雖然已經有數種替代品問世，但都有其缺點。最近，中國中科院瀋陽材料科學國家實驗室的蘇黨生及期在德國和克羅地亞的同事提出了一個解決的方法：利用奈米鑽石取代鐵催化劑。
奈米鑽石已被研究十餘年，目前最主要應用於拋光材料、聚合物添加劑和潤滑劑等。相較於奈米碳管、奈米石墨以及活性炭，大小僅4-8 nm的人造奈米鑽石的高比表面積提供更多反應位置。蘇黨生等人使用的是爆炸合成法製造的奈米鑽石，經由分析後得知其富含sp3碳原子，表面則為sp2石墨碳原子，此混合結構使奈米鑽石具有特殊的表面化學性質，更容易催化脫氫反應，製造苯乙烯。
在高溫(550°C)常壓下，相較於傳統的鉀-鐵催化劑，奈米鑽石有高達2.8倍的催化活性。於400°C下，流動的空氣可將使用過的奈米鑽石恢復初始的催化活性。即使經過連續五次長達120小時的再生反應，而奈米鑽石表面仍無明顯變化，不會像鐵基催化劑發生嚴重積碳現象，因此催化活性依然良好。
蘇黨生表示，奈米鑽石作為催化劑的特色是不需要蒸汽，不需要金屬和不會產生焦炭。雖然還需進行成本上的評估，但對於尋找下一代工業催化劑，這項工作是項有價值的研究。詳見近期的Angew. Chem. Int. Ed. |DOI: 10.1002/anie.201002869。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/44151
譯者:梁恆嘉(逢甲大學材料科學與工程系)
責任編輯:蔡雅芝
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