商业的要素

元素是构成宇宙的原子，创造了我们所知的世界。元素周期表中的大多数元素都是金属，每种元素都有一组独特的性质，使它们适用于特定的应用。特别是铂族金属(pgm)是各种化学合成和产品的关键。铂的复合物形式是某些抗癌药物的重要组成部分，包括改变生命的药物顺铂，金属形式也用于许多医疗设备和植入物。铂及其同类铂基化合物钯和铑是许多催化转化器中的活性成分，可确保清除汽车尾气中的有毒污染物。钌和钯等铂基金属被用于许多反应中，催化产生各种工业上重要的化学物质。除了pgm之外，锂、镍和钴等金属元素在电池正极材料中发挥着重要作用，这些材料正在为未来的汽车提供动力。

了解特定元素的化学和物理性质对工业来说很重要，但在工业应用中成功地利用和组合这些性质需要技能和专业知识。庄信万丰(JM)在应用科学研究为当今和未来社会面临的重大挑战提供解决方案方面拥有超过200年的经验。多年来，JM运用其在冶金研究方面的经验和专业知识，开发出为我们提供更清洁空气的材料，为重要的化学工业过程提供创新催化剂，以及用于交叉偶联和其他工业相关反应的新型材料。JM还开发了回收和循环铂金属的技术，从而确保这些有限而有价值的金属可以重复使用。

驱动我们车辆的元素

当今世界面临的最紧迫的挑战之一是需要更清洁的空气。要实现这一目标，就需要技术来减少交通运输业的排放，而全球范围内已经出现了减少纯汽油或柴油动力车辆比例的趋势。随之而来的是对更新、清洁能源的需求，比如电池，以满足交通运输业的需求。

认识到未来对新型高性能电池材料的需求，JM开发了eLNO电池正极材料技术。这项技术将锂、镍和氧与极少量的钴结合在一起，为未来制造出超高能量密度的锂离子电池材料。

目前的锂离子电池材料通常含有大量的钴。这种元素的供应有限，因此不断增长的需求导致近年来价格上涨了四倍。然而，钴目前是确保锂离子电池稳定性和寿命的关键成分。

在eLNO材料中，添加到配方中的钴量已经降到最低，这是这种电池材料的关键市场差异化因素。eLNO材料中元素的特定配方确保了在低钴的情况下，可以在能量密度和循环寿命方面实现阶梯式改进，从而以更低的成本实现。低钴是确保锂离子电池高能量密度正极材料可持续商业化的关键。

通过催化去除污染物

PGMs和冶金研究也是通过减少内燃机驱动车辆的有害排放来开发清洁空气解决方案的重要组成部分。这些车辆产生各种已知对人体健康有害的化学污染物。改善空气质量就是要了解如何转化污染物，如一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物和氮氧化物化合物(NO_x)，变成无害的废气。

JM在该领域拥有广泛的专业知识，全球每三辆汽车中就有一辆使用JM自动催化剂。JM的催化转化器创新始于20世纪60年代末，使用铂和铑的双向催化剂。这一点后来在三元催化剂中得到了改进，在催化剂床层中添加了钯。有效地，这些催化剂结合了氧化和还原能力。铂和钯金属将有毒的一氧化碳氧化成危害较小的二氧化碳，并将未燃烧的碳氢化合物氧化成二氧化碳和水，而铑则能减少NO_x化合物变成氮。

这一领域需要不断创新。考虑柴油发动机:减少NO_x以前只有当催化剂技术达到一定的排气温度时才能实现。这意味着在发动机点火后的最初几分钟内，没有_x废气仍被释放到大气中。为了解决这些排放问题，JM开发了冷启动技术。它使用金属和沸石化学来储存初始的NO_x排放。一旦催化剂的温度条件得到满足，就会还原成氮。¹

一种新型钯催化剂可以在反应侧基存在的情况下，以高收率选择性地进行经典的交叉偶联反应

为产品提供新的路线

除了清洁空气和运输用途，金属配合物在化学中最广为人知的应用之一是催化各种工业过程。催化是许多工业反应中不可缺少的组成部分。例如，Haber-Bosch工艺从氢和氮试剂中生产化肥和农用化学品氨。但它只有在使用铁催化剂的情况下才能大规模应用。

从根本上说，催化有助于使困难的反应变得容易。例如，交叉偶联反应是形成新碳碳键的一种方法。由于它们的普遍性和功能性，这些化学键在整个化学工业中都很有用。钯催化剂正在不断开发，以提高交叉偶联反应的化学选择性、反应性和活性。

使钯在交叉偶联反应中有用的是它能够进入多个氧化态并在它们之间容易地交换。获得这些不同的状态使得催化剂有可能从预催化剂Pd(我)形成活性Pd(0)的形式。这使得钯催化剂进行必要的氧化加成、跨金属化和还原消除过程。JM不断开发新的金属配合物，目的是使这些工艺更具选择性。例如，最近的研究已经证明了一种新的JM钯催化剂如何在反应侧基存在的情况下，以高收率选择性地进行经典的交叉偶联反应。²

金属的可持续供应

所有这些工业催化剂、汽车催化剂和清洁空气技术都依赖于几种常见的PGM元素，通常是铂、钯、钌和铑，而汽车电池材料使用的增加将对其他金属元素提出进一步的需求，包括锂、镍和钴。然而，所有这些元素在地壳中的供应都是有限的，因此必须尽可能有效地利用它们，考虑重用和回收技术，采用或开发可持续的采购框架，以确保持续的合乎道德的供应。

可持续性和长寿是JM业务的核心。因此，该公司还专注于回收用于自动催化剂或其他应用的pgm，以便它们可以重复使用。JM专注于开发技术和策略，以尽可能多地从任何原料中回收PGM。典型的原料包括自动催化剂、工业催化剂或其他含pgm的材料。然后可以在JM的专用回收和精炼设施中进行处理。在这些设施中，使用特定的水力和火法冶金分离技术和技术来分离7种关键的铂族金属:金、银、铑、铂、钯、钌和铱。

虽然大量的汽车电池投入使用或使用寿命结束还需要一段时间，但JM正在关注电池生命周期中的所有活动领域。

金属元素在eLNO电池阴极技术、自动催化剂、工业催化剂、医疗保健设备和制药中很常见。然而，将这些元素组合和应用于特定应用需要对冶金和特定反应、制造和开发过程有深入的了解。此外，可持续性必须成为高度优先事项;长期可持续地获取原始元素金属是至关重要的。化学工业的创新依赖于将正确的元素与正确的专业知识相结合，以使反应或产品成功。

艾伦·尼尔森(Alan Nelson)是庄信万丰的首席技术官。

eLNO是庄信万丰集团公司的商标。