研究人員表示，他們發現了一種更環保的生產環氧乙烷的方法，通過在銀催化劑中添加鎳原子，消除了對有毒氯的需求。《科學》雜志詳細介紹了這一突破，可以顯著減少碳排放，使生產更安全。
杜蘭大學化學工程師蒙特莫爾在《科學》雜志上發表的一項新研究表明，科學家們發現了一種潛在的更環保的方法來生產一種關鍵的工業化學品，從塑料和紡織品到防凍劑和消毒劑，這種化學品用于制造許多日常產品。
這一突破可能會大大減少環氧乙烷生產的溫室氣體排放，環氧乙烷的全球市場估計有400億美元。目前的生產過程需要氯，氯是有毒的，每年向大氣中排放數百萬噸二氧化碳。
由蒙特莫爾、塔夫茨大學化學教授查爾斯·賽克斯和加州大學圣巴巴拉分校化學工程教授菲利普·克里斯托弗領導的研究小組發現，在銀催化劑中添加少量鎳原子可以保持生產效率，同時消除對氯的需求。
蒙特莫爾說：“如果工業界真的嘗試了這種方法，他們發現它很有用，并且能夠將其商業化，那么雙重好處是你可以同時節省大量的二氧化碳和大量的資金。”
這一發現經過了六年的探索。賽克斯和蒙特莫爾于2018年首次討論了探索選擇性氧化反應。他們專注于環氧乙烷生產，該生產使用銀作為主要催化劑轉化乙烯和分子氧。
賽克斯說：“我們很驚訝，因為盡管鎳是許多其他催化過程中使用的常見且廉價的元素，但我們在科學或專利文獻中找不到任何關于鎳的東西。”
這一突破是通過應用賽克斯的單原子合金概念實現的，這是他十多年前開創的一種理解和控制化學反應的基本方法。蒙特莫爾認為這種方法可以應用于氧化反應，盡管賽克斯過去在氧化方面沒有取得多大成功。
蒙特莫爾進行了計算，以篩選有前景的金屬組合。基于這些計算，塔夫茨大學的博士生Elizabeth Happel和Laura Cramer進行了初步實驗，顯示出有希望的結果。
然后，該團隊招募了催化反應器研究專家Christopher，開發了一種添加鎳的銀催化劑的實用配方，結果超出了預期。
加州大學圣巴巴拉分校的博士生Anika Jalil成功開發了一種將鎳原子摻入銀催化劑的可重復方法，這一技術挑戰可能解釋了為什么這種效應以前從未被報道過。
目前生產環氧乙烷的工業過程通常每個環氧乙烷分子產生兩個二氧化碳分子。添加氯可以將這一比例提高到每二氧化碳分子約兩個環氧乙烷分子。新的鎳增強催化劑可能會進一步減少這些排放。
該團隊已為其發現提交了國際專利，并正在與一家主要商業生產商討論在現有制造設施中實施該技術。
如果成功，這種清潔生產方法可以幫助解決環氧乙烷制造對環境的重大影響，同時保持工業規模生產所需的效率。
