看植物如何將鈀廢液變奈米粒子

臺大化學系學生 林宇軒編譯/臺大化學系 蔡蘊明教授責任編輯
2014.05.19 發表於 高瞻自然科學教學資源平台

利用植物會吸收重金屬的例子已時有所聞，很多受重金屬汙染的土地都利用這個方式吸收重金屬，以淨化土壤，但是最新的研究發現植物不只會吸收重金屬，還能幫你製造出奈米粒子催化劑！

阿拉伯芥。圖片來源｜tc.wangchao.net.cn

2010年諾貝爾化學獎頒給了發展鈀催化劑的三位研究者，其運用包括知名的鈴木反應(Suzuki reaction)，許多鈀催化劑不論是製造人類治療疾病所需要的藥物，或是合成電子產業正在尋找與開發的可放光化學物質，都佔有重要的一席之地，在現今的世界中大量使用，大大的影響了我們的生活。

但隨著鈀催化劑的廣泛使用，含有鈀的廢液也在大量的產生，加拿大約克大學的詹姆士‧克拉克(James Clark)團隊就利用阿拉伯芥苗吸收廢液中的鈀離子，藉此回收鈀這個昂貴的稀有金屬，但更令人驚訝的是，吸收進來的鈀竟然在阿拉伯芥葉子中形成了奈米粒子，而這個奈米粒子的催化能力甚至要比市售的鈀催化劑還要來的更好！

克拉克在接受《化學世界》(Chemistry World)訪問時表示，其實利用植物從廢液中回收貴重金屬的植物採礦(phytomining)技術已經在使用了，包括回收金、銀、銅，但是這類方法都非常繁複，一般來說要先將植物體燒掉、溶解，最後還要再經過連串步驟純化出來，若要使金屬具有催化功能，又要再將金屬轉至適當的溶劑中，步驟可說是又多又繁雜。

受到先前研究的啟發，他們開發了更直接的方式來取得催化劑，他們將阿拉伯芥苗直接浸泡在含有K2PdCl4的溶液中24小時後，在阿拉伯芥植株的葉子中長出了含鈀的奈米粒子，直徑最大到32奈米。他們將葉子洗淨、弄乾並磨成粉末後，於氮氣環境下以300ºC熱裂解，所得到的鈀奈米粒子拿去催化苯基硼酸和芳基鹵化物的反應，包括難以進行反應的芳基氯化物、芳基溴化物在內，產率都比醋酸鈀(Pd(OAc)2)和鈀/碳催化劑(palladium-on-carbon)都要來的好，更重要的是，這個方法比起傳統步驟簡單得多！「就我們所知，這方法能將吸收的材料直接轉變成有用的東西，絕對是原創的！」克拉克如此說道。

英國卡迪夫大學(Cardiff University)研究金屬催化劑的珍妮‧愛德華(Jenny Edwards)也認為這項研究至關重要，她強調：「那些廢液中稀有金屬的回收步驟真的非常複雜，他們發展出來的這套方法利用的是對環境友善的植物作為載體來回收稀有金屬，非常快速有效，這真的非常重要！」隨著廢液回收的議題漸漸被國際重視，加上金屬的稀有性，這項成果已爭取到G8研究委員會多邊研究基金小組(G8 Research Councils Initiative on Multilateral Research Funding)對於相關研究的資助，而加拿大的約克大學、英屬哥倫比亞大學與美國耶魯大學的研究者們組成了Phytocat組織，期望相互知識的交流能夠將這個方法拓展到其它金屬的回收上。

參考資料：

1. Plants bear palladium catalyst fruit – Chemistry World
2. H L Parker et al, PLOS One, 2014, DOI: 10.1371/journal.pone.0087192

延伸閱讀：

1. 臺大化學系蔡蘊明教授翻譯的2010年諾貝爾化學獎新聞稿：【2010諾貝爾】化學獎：鈀催化交叉偶合反應
2. 以及蔡蘊明教授撰寫的解讀2010年諾貝爾化學獎
3. 文中提及的先前研究：Mesoporous materials from macroalgae