I jagten på perfekt kemi - en vision om at forene katalyse

Flere forskningsområder er dukket op omkring de kemiske drivere, kaldes katalysatorer, på arbejde i mange industrielle processer - herunder dem, der øger produktionen af ​​brændstoffer, gødning, og fødevarer. Disse forskningsindsatser har udviklet mere nyttige katalysatorer, der fremskynder kemiske reaktioner og gør reaktionerne mere effektive uden at blive forbrugt i processen.

Nu, der er stigende interesse for at koordinere forskningsindsatsen på disse områder for at skabe nye, hybridkatalysatorer med forbedret ydeevne, sagde Gabor Somorjai, en fakultets seniorforsker i materialevidenskabsafdelingen ved U.S. Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) og kemiprofessor ved UC Berkeley.

Somorjai, hvem har skrevet mere end 1, 000 tidsskriftsartikler relateret til katalyse og især kemi, der forekommer på overfladen af ​​metaller, gør rede for at forfølge nye former for hybrid katalyse i en perspektivartikel, der blev offentliggjort denne måned i tidsskriftet Naturkatalyse . Somorjai har også skrevet fire lærebøger om overfladekemi.

"Lad os prøve at kombinere resultaterne fra disse felter på nye måder, "Somorjai sagde." Det virker indlysende, at dette vil være udviklingen af ​​feltet. "Papiret genkender nogle tidligere publicerede undersøgelser vedrørende hybridkatalysatorer, og opfordrer til flere fremskridt.

Rong "Rocky" Ye, papirets hovedforfatter, sagde, "Vores papir fremlægger begrebet hybridkatalysatorer systematisk og omfattende, så flere forskere bliver klar over mulighederne i forskningsretninger og samarbejder." Ye er en tidligere kandidatstuderende ved Berkeley Lab og UC Berkeley, der nu er præsidentpostdoktor ved Cornell University.

De tre generelle typer af katalyseforskning, ifølge perspektivartiklen, er ofte kategoriseret som følger:

• Homogene katalysatorer, som typisk opererer i den samme fase af stof (oftest en væske eller en gas) som reaktanten. En reaktant er et stof, der deltager i en kemisk reaktion og ændres ved reaktionen.
• Heterogene katalysatorer, som opererer i en anden fase af stoffet end reaktanter. Denne type katalysator kan være på den ydre eller indre overflade af tætte eller porøse faste stoffer, artiklen bemærker, eller kan fastgøres til overfladen af ​​materialer, i form af metalkrystaller eller nanopartikler, for eksempel.
• Enzymkatalysatorer, som er 3-D biologiske molekyler afledt af aminosyrer. Enzymer nedsænkes typisk i en væske.
• Oprettelse af hybridkatalysatorer ved at blande forskellige typer katalysatorer og reaktanter "kan være større end summen af ​​deres dele ... og kan give en lovende metode til at syntetisere undvigende slutprodukter, "står der i artiklen. Perspektivet, forfattet af Somorjai og fire andre Berkeley Lab- og UC Berkeley -forskere, lister 17 kemiske processer, der kan fremskyndes af katalysatorer i hver af de ovennævnte kategorier.

"Når vi forsøger at hybridisere, vi kan muligvis fremskynde reaktionshastigheden eller selektiviteten for nye produkter, "Sagde Somorjai.

Dette kan åbne nye muligheder for udvikling af batterier, der holder længere og lægemidler til en lavere pris, han sagde.

Allerede, Somorjais forskningsgruppe har fundet måder at "heterogenisere homogen katalyse" ved at opdele, podning, eller indeslutningskatalysatorer, der typisk opløses i en væske. Dette kan give mere langsigtet stabilitet for reaktionsprocesserne, reducere spild, og forbedre genbrug af katalysatorerne, perspektivnotaterne.

Der er udfordringer, selvom, i at forhindre metaller i at udvaskes over tid f.eks. og ved optimering af alle komponenter og betingelser for at garantere overlegen ydelse af sådanne hybrider.

Somorjais team er nu i de tidlige stadier af arbejdet med hybridmetoder, der inkorporerer enzymkatalysatorer.

"Lad os prøve at kombinere dem og se, hvad vi får - måske er det noget unikt, "Somorjai sagde." Det virker indlysende, at dette vil være udviklingen inden for katalysefeltet. "