福禍相依：MIT沒能研發出新電池，卻發現冶煉金屬新方法

材料牛注： 科學實驗中遭遇失敗，真的是一無是處嗎？MIT的實驗員未能如愿研發出新電池，卻意外發現了銻冶煉的新方法，如應用到其他金屬冶煉中，可減少能源消耗和溫室氣體排放——可謂失之東隅收之桑榆。

近期，麻省理工學院的研究人員試圖研發一種新電池，盡管未能得到如期成果，卻在試驗過程中意外發現了銻冶煉的全新方法，在此基礎上，還可將其推廣應用到其他金屬熔煉中。該金屬冶煉方法成本更為低廉，和傳統冶煉方法相比，幾乎不會釋放溫室氣體，因而也更為環保。

這項發現近日發表于Nature Communications雜志上。論文的作者之一Sadoway表示，研究團隊幾年來一直致力于研發新電池，這種電池由金屬熔液或鹽構成，由于各自的密度不同，因此，就像油浮于水一樣，形成不同分層。“我們本來是想研究在正負電極之間加入另一種電解質的效果，沒想到實驗并未按我們計劃的方向開展。我們發現，實驗員在對該電池進行充電時，實際上是在電解生成液態銻。”實驗員使用的物質是硫化銻，加入一層離子導體后，促進了電池中的電解過程，在電池底部，硫化合物中分離并形成了99.9%的純銻，而頂部則積聚了純硫氣，可將其收集用作化工原料。

在典型的冶煉過程中，硫即刻就與空氣中的氧氣結合，形成二氧化硫。二氧化硫是一種重大空氣污染源，也是引發酸雨的主要原因。與此相反，上述實驗過程生成的是高純金屬，無需為清除污染氣體而煩擾。與傳統的熱能熔煉相比，電解過程的效能更高。一百多年以前，這一過程的發現使得鋁從價格超過白銀的貴金屬轉變為廣泛使用的廉價日用品。如果能推廣應用于其他常見的工業金屬（例如，銅），將有可能大大降低其價格，同時，也能減少伴隨傳統產業的空氣污染及溫室氣體排放等問題。

“這一發現之所以令人興奮，就在于我們也可以對銅和鎳這類金屬進行同樣的處理。” Sadoway認為，銻的熔點低——只有631攝氏度，而銅的熔點為1085 度，因此從銻著手研究是有道理的。盡管其他金屬更高的熔點意味著設計相應的生產系統更加復雜，但其中的基本物理原理相同，那么這種系統應該是切實可行的。本試驗利用的是硫化礦，“我們也完全可以將此方法推廣至氧化原料，”而相應生成的副產物便是純氧。如果也能通過這種方法生產鋼，其影響將更重大，畢竟“鋼鐵制造是人為產生二氧化碳（主要溫室氣體）的頭號起因。”不過，由于鋼的熔點高達1540 度，其工序也會更加困難。

美國阿爾貢國家實驗室的高級顧問John Hryn評論道，MIT團隊的這篇原創性論文開創了從硫化礦中提煉金屬的環保型新方法。Hryn認為，盡管試驗中利用的是特定的一種金屬，“通過電解作用來回收其他過渡金屬，銻起到了示范作用。”他補充道，“不僅如此，控制電解池中電子傳導的方法，其意義也不僅限于金屬冶煉方面。”

文獻鏈接：Electrolysis of a molten semiconductor

原文鏈接：New Method Developed for Producing Some Metals

本文由編輯部楊洪期提供素材，丁一琴編譯，點我加入材料人編輯部。