Forskere demonstrerer forbedret katalysatorstyring, kan resultere i energibesparelser

(Phys.org) — Inspireret af, hvordan enzymer virker i naturens biologiske processer, forskere har demonstreret en måde at forbedre kontrollen med syntetiske katalysatorer, ifølge et papir medforfattet af en beregningskemiker fra University of Alabama, der blev offentliggjort i et nyligt onlinenummer af tidsskriftet Naturnanoteknologi .

"Dette arbejde er et spændende eksempel på, hvordan vi lærer at forbedre kontrollen med kemiske reaktioner på niveau med et enkelt atom, " sagde Dr. David Dixon, Robert Ramsay -formand for kemi ved University of Alabama.

Katalysatorer fremskynder kemiske reaktioner, så de går hurtigere og bruger mindre energi. Skøn viser, at den økonomiske virkning af katalytisk behandling, herunder forureningsbekæmpelse, er $ 10 billioner årligt, sagde Dixon.

UA-forskeren nævnte forbedring af omdannelsen af ​​biomasse - typisk plantebaserede materialer - til transportbrændstoffer som et eksempel på, hvordan design af mere effektive katalysatorer kunne gavne samfundet.

Papiret, med titlen "Selektiv molekylær genkendelse af miljøer i nanoskala i en understøttet iridiumklyngekatalysator, "blev offentliggjort i tidsskriftets onlineudgave 20. april.

I forskningen, sponsoreret af det amerikanske energiministerium, forskerne viste, hvordan man skifter molekylær binding - den interaktion, der holder samlinger af atomer sammen - fra og til efter behag på bestemte steder i katalysatoren. Opdagelsen, forskere sagde, har potentielt dybtgående implikationer for kemiske omdannelser, der involverer metalkatalysatorer.

Forskergruppen omfattede Dr. Alex Katz, fra University of California, Berkeley, og Bruce Gates, fra University of California, Davis. Shengjie Zhang, en af ​​Dixons kandidatstuderende, tjente en ledende rolle i artiklens beregningsmæssige indsats, og Dr. Alexander Okrut fra Katz -laboratoriet ledede den eksperimentelle indsats.

"Dette vil hjælpe os med at designe bedre katalysatorer, der bruger mindre energi og producerer værdifulde produkter med mindre spild af biprodukter, " sagde Dixon.

"I enzymer, naturens katalysatorer, skiftet af webstedsreaktivitet styrer frugtbare konverteringer, mens andre helt udelukkes, "Katz sagde." Sådan omskiftning på et aktivt metalsted tillader enzymer at fungere i vand, for eksempel, blandt mange andre bedrifter, der inkluderer at være verdens hurtigste og mest selektive katalysatorer, som bruges til at opretholde livet. Nu, vi er også i stand til at opnå lignende skift i menneskeskabte katalysatorer."

"Dette tilbyder, "Gates tilføjet, "løftet om grønnere og billigere katalyserede industrielle processer - ved at gøre, hvad naturen gør så godt, undtagen nu at gøre dette i menneskeskabte systemer."