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除了上面提到的比较经典的碳-碳偶联反应,钯催化剂也广泛用于各种不对称合成和碳氢键活化,甚至还可以模拟生物体中的酶将氧气活化并使其参与到有机反应中来。
在钯之前,人们尝试过使用铜、镍、铁甚至铬等更为常见的过渡金属来活化碳原子。
以往的有些方法虽然能令碳原子更加活跃,但是过于活跃的碳原子也会产生大量副产物,从而使反应难于控制。
钯元素两种常见价态(0价和2价)之间的能垒很小,转换自如,又有形成配合物的强烈倾向,可以将活化进行的恰到好处。
钯催化剂具有产率高、选择性好、毒性低和所需条件温和等突出优势,
钯在有机合成以及生物医药中的应用日益广泛,但由于这些应用往往只需要毫克量级的钯元素,并非大宗商品,所以还不足以解释它近年来价格的飞涨。
现代生活中,钯最大的用途是在汽车工业。
很多人也许会好奇,我们坐在汽车里,完全看不到哪里有钯呀。
实际上,汽车底盘的排气管路中有一个非常重要也非常昂贵的器官——三元催化器。
它可以利用废气中残余的氧气和排气温度,使发动机排出的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等有害物质,转化成几乎无害的二氧化碳、水和氮气。
由于这种催化器含有钯(pd) 、铑(rh)、铂(pt)三种贵金属,故称之为“三元”。
其中,铑和铂主要负责催化还原,即将氮氧化物转化为氮气和氧气;而钯和铂主要负责催化氧化,即将碳氢化合物和一氧化碳转化为水和二氧化碳。
这一系列反应在无催化剂的条件下是极难进行的,但借助三元催化装置,汽车的尾气净化效率能到达90以上。
可以说,如今我们行驶在日渐拥堵的城市街道,却仍能呼吸新鲜空气,欣赏天高云淡,这三种贵金属元素功不可没。
近年来,日益趋严的环保政策也推动汽油车厂不断提高尾气排放标准。
这就需要增加三元催化器中钯的用量,从而带动了钯金的强劲需求。
2015年,德国大众汽车公司被发现使用作弊软件掩盖其柴油车型的尾气排放水平。“柴油门”事件很快引起轩然大波
此后,在监管机构的压力下,欧洲柴油车开始失去市场,人们转而更多购买汽油发动机。
汽油发动机配套的三元催化器中钯的含量要比柴油车高很多。
这无疑对钯的价格上涨起到了推波助澜的作用,也让钯的供需矛盾更加凸显。
钯高昂的价格促使人们寻找钯的替代品。然而,无论是在有机合成领域还是对于汽车的尾气净化,钯的优异催化性都很难被其他廉价金属所替代。
即便是同为贵金属并且与钯同族的铂,两者在性能上仍然存在一些微妙的差异。比如催化剂涂层上的钯颗粒比铂颗粒具有更好的热稳定性。
所以用铂或其他金属替换三元催化器中的钯还需要很长的时间,并且有待重大的技术改进。
在后世的在漫威电影中,钢铁侠装甲的动力源是一个以钯为核心的小型核反应堆。
科幻的灵感也许来自金属钯能吸收大量的氢气(自身体积的上千倍),这也是其他金属不具备的独特性质。
化学的世界中充满了辩证法。
钯制成的珠宝首饰光彩迷人、更经得起岁月的磨砺。
“这么好的东西,你打算怎么办呢?”
“老爷子,我想和国家一起开发一个矿!”
“你舍得?”
“老爷子,我的钱不少了,这东西生不带来,死不带去,多了有什么用,给了国家,我心安呀!
再说,我还有本事赚外国人的钱,他们才是大肥猪,不宰白不宰!”
“哈哈!说的好,怎么合作你有谱没有?”
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