katalyytti on aine, joka nopeuttaa kemiallista reaktiota tai alentaa sellaisen käynnistämiseen tarvittavaa lämpötilaa tai painetta ilman, että se kulutetaan reaktion aikana. Katalyysi on prosessi, jossa katalyytti lisätään reaktion helpottamiseksi.
kemiallisessa reaktiossa molekyylien atomien väliset sidokset katkeavat, järjestyvät uudelleen ja uudelleen, jolloin atomit rekombinoituvat uusiksi molekyyleiksi. Katalyytit tehostavat tätä prosessia alentamalla aktivointienergiaa, joka on energiaeste, joka on ylitettävä kemiallisen reaktion tapahtuessa. Tämän seurauksena katalyytit helpottavat atomien katkeamista ja kemiallisten sidosten muodostamista uusien yhdistelmien ja uusien aineiden tuottamiseksi.
katalyyttien käyttö johtaa nopeampiin ja energiatehokkaampiin kemiallisiin reaktioihin. Katalyyteillä on myös keskeinen ominaisuus nimeltä selektiivisyys, jolla ne voivat ohjata reaktion lisäämään halutun tuotteen määrää ja vähentämään ei-toivottujen sivutuotteiden määrää. Ne voivat tuottaa täysin uusia materiaaleja, joilla on täysin uusia potentiaalisia käyttötarkoituksia.
viimeisten vuosikymmenten aikana tutkijat ovat kehittäneet yhä erikoistuneempia katalyyttejä välttämättömiin reaalimaailman sovelluksiin. Erityisesti voimakkaat katalyytit ovat muuttaneet kemianteollisuutta. Nämä edistysaskeleet ovat johtaneet biohajoaviin muoveihin, uusiin lääkkeisiin sekä ympäristön kannalta turvallisempiin polttoaineisiin ja lannoitteisiin.
DOE Office of Science: Catalyst Research
Department of Energy (DOE) Office of Science Basic Energy Sciences-ohjelma tukee aktiivisesti katalyyttien perustutkimusta. DOE keskittyy uusien katalyyttien suunnitteluun ja katalyyttien käyttöön kemiallisten muunnosten säätelyyn molekyyli-ja alimolekyylitasolla. DOE-tutkimuksessa korostetaan näiden reaktioiden ymmärtämistä ja niiden tehostamista ja kohdentamista. DOE: n yleisenä tavoitteena on kehittää uusia katalyysikonsepteja ja uusia katalyyttejä, jotka auttavat teollisuutta tuottamaan polttoaineita ja kemikaaleja fossiilisista ja uusiutuvista raaka-aineista tehokkaammin ja kestävämmin. Tämä tutkimus auttaa etukäteen aurinko polttoaineita, jotka ovat polttoaineita yritykset tekevät käyttämällä aurinkoa ja yhteisiä kemikaaleja, kuten hiilidioksidia ja typpeä. Tällä tutkimuksella luodaan myös kehittyneitä menetelmiä käytöstä poistetun muovin muuttamiseksi uusiksi tuotteiksi.
Fast Facts
- ihmiset ovat käyttäneet katalyyttejä tuhansia vuosia. Esimerkiksi hiivassa, jota käytämme leivän valmistukseen, on entsyymejä, jotka ovat luonnollisia katalyyttejä, jotka auttavat jauhojen muuntamisessa leiväksi.
- vuoden 2005 Nobelin kemianpalkinto myönnettiin kolmelle tutkijalle (Yves Chauvin, Robert H. Grubbs ja Richard R. Schrock) heidän työstään metateettisten katalyyttien parissa. DRS Grubbs ja Schrock saivat osarahoitusta DOE: lta Nobel-palkituista tutkimuksistaan. DOE rahoittaa schrockia edelleen.
- vuoden 2018 Nobelin kemianpalkinnon sai Frances H. Arnold uraauurtavasta työstään ohjata entsyymien kehitystä ympäristön kannalta vaarattomiin sovelluksiin, kuten uusiutuviin polttoaineisiin. Häntä rahoittaa osittain DOE.
- käy Argonnen kansallisessa laboratoriossa hakemassa seitsemän muuta asiaa, joita et ehkä tiedä katalyysistä.
Resources
- DOE Office of Science Bes program
- Tutustu DOE: n kemiallisten katalyyttien tutkimusohjeisiin.
- Report: Basic Research Needs for Catalysis Science
- How catalysts are transforming the chemical industry, solar fuels, and polymer upcycling.
- tieteen kohokohta: katalyysi näkee valon