Ein Katalysator ist eine Substanz, die eine chemische Reaktion beschleunigt oder die Temperatur oder den Druck senkt, die benötigt werden, um eine zu starten, ohne selbst während der Reaktion verbraucht zu werden. Katalyse ist der Prozess der Zugabe eines Katalysators, um eine Reaktion zu erleichtern.

Während einer chemischen Reaktion werden die Bindungen zwischen den Atomen in Molekülen gebrochen, neu angeordnet und wieder aufgebaut, wobei die Atome zu neuen Molekülen rekombiniert werden. Katalysatoren machen diesen Prozess effizienter, indem sie die Aktivierungsenergie senken, die die Energiebarriere darstellt, die überwunden werden muss, damit eine chemische Reaktion abläuft. Infolgedessen erleichtern Katalysatoren den Atomen den Bruch und die Bildung chemischer Bindungen, um neue Kombinationen und neue Substanzen herzustellen.

Der Einsatz von Katalysatoren führt zu schnelleren und energieeffizienteren chemischen Reaktionen. Katalysatoren haben auch eine Schlüsseleigenschaft namens Selektivität, mit der sie eine Reaktion steuern können, um die Menge des gewünschten Produkts zu erhöhen und die Menge unerwünschter Nebenprodukte zu reduzieren. Sie können völlig neue Materialien mit völlig neuen Einsatzmöglichkeiten herstellen.

In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler zunehmend spezialisierte Katalysatoren für wesentliche reale Anwendungen entwickelt. Insbesondere leistungsstarke Katalysatoren haben die chemische Industrie verändert. Diese Fortschritte haben zu biologisch abbaubaren Kunststoffen, neuen Arzneimitteln und umweltfreundlicheren Kraftstoffen und Düngemitteln geführt.

DOE Amt für Wissenschaft: Beiträge zur Katalysatorforschung

Das Department of Energy (DOE) Office of Science Basic Energy Sciences Program unterstützt aktiv die Grundlagenforschung zu Katalysatoren. DOE konzentriert sich auf das Design neuer Katalysatoren und auf die Verwendung von Katalysatoren zur Steuerung chemischer Umwandlungen auf molekularer und submolekularer Ebene. Die DOE-Forschung legt Wert darauf, diese Reaktionen zu verstehen und sie effizienter und gezielter zu gestalten. Das übergeordnete Ziel von DOE ist es, neue Konzepte in der Katalyse und neue Katalysatoren zu entwickeln, um der Industrie zu helfen, Kraftstoffe und Chemikalien aus fossilen und nachwachsenden Rohstoffen effizienter und nachhaltiger herzustellen. Diese Forschung trägt dazu bei, Solartreibstoffe voranzutreiben, bei denen es sich um Kraftstoffe handelt, die Unternehmen mit der Sonne und gängigen Chemikalien wie Kohlendioxid und Stickstoff herstellen. Diese Forschung schafft auch fortschrittliche Methoden zur Umwandlung von weggeworfenem Kunststoff in neue Produkte.

Schnelle Fakten

• Der Mensch verwendet Katalysatoren seit Tausenden von Jahren. Zum Beispiel enthält die Hefe, aus der wir Brot herstellen, Enzyme, natürliche Katalysatoren, die die Umwandlung von Mehl in Brot unterstützen.
• Der Nobelpreis für Chemie 2005 wurde an drei Forscher (Yves Chauvin, Robert H. Grubbs und Richard R. Schrock) für ihre Arbeit an Metathesekatalysatoren verliehen. Grubbs und Schrock wurden teilweise von DOE für ihre Nobelpreis-Forschung finanziert. Dr. Schrock wird weiterhin von DOE finanziert.
• Der Nobelpreis für Chemie 2018 wurde an Frances H. Arnold für ihre Pionierarbeit zur Entwicklung von Enzymen für Anwendungen wie erneuerbare Kraftstoffe, die umweltverträglich sind. Sie wird teilweise von DOE finanziert.
• Besuchen Sie Argonne National Lab für sieben weitere Dinge, die Sie vielleicht nicht über Katalyse wissen.

Ressourcen

• DOE Office of Science BES-Programm
• Erfahren Sie mehr über die Forschungsrichtungen von DOE für chemische Katalysatoren.
• Report: Basic Research Needs for Catalysis Science
• Wie Katalysatoren die chemische Industrie, solare Brennstoffe und das Upcycling von Polymeren verändern.
• Wissenschaftliches Highlight: Die Katalyse erblickt das Licht