Un catalizzatore è una sostanza che accelera una reazione chimica o abbassa la temperatura o la pressione necessarie per avviarne una, senza essere consumata durante la reazione. La catalisi è il processo di aggiunta di un catalizzatore per facilitare una reazione.

Durante una reazione chimica, i legami tra gli atomi nelle molecole vengono rotti, riorganizzati e ricostruiti, ricombinando gli atomi in nuove molecole. I catalizzatori rendono questo processo più efficiente abbassando l’energia di attivazione, che è la barriera energetica che deve essere superata affinché si verifichi una reazione chimica. Di conseguenza, i catalizzatori rendono più facile per gli atomi rompere e formare legami chimici per produrre nuove combinazioni e nuove sostanze.

L’utilizzo di catalizzatori porta a reazioni chimiche più veloci ed efficienti dal punto di vista energetico. I catalizzatori hanno anche una proprietà chiave chiamata selettività, con la quale possono dirigere una reazione per aumentare la quantità di prodotto desiderato e ridurre la quantità di sottoprodotti indesiderati. Possono produrre materiali completamente nuovi con usi potenziali completamente nuovi.

Negli ultimi decenni, gli scienziati hanno sviluppato catalizzatori sempre più specializzati per applicazioni essenziali del mondo reale. In particolare, potenti catalizzatori hanno trasformato l’industria chimica. Questi progressi hanno portato alla plastica biodegradabile, nuovi prodotti farmaceutici e combustibili e fertilizzanti più sicuri per l’ambiente.

Ufficio delle Scienze del DOE: Contributi alla ricerca sui catalizzatori

Il Dipartimento dell’Energia (DOE) Office of Science Basic Energy Sciences program sostiene attivamente la ricerca di base sui catalizzatori. DOE si concentra sulla progettazione di nuovi catalizzatori e sull’uso di catalizzatori per controllare le trasformazioni chimiche a livello molecolare e sub-molecolare. La ricerca DOE sottolinea la comprensione di queste reazioni e come renderle più efficienti e mirate. L’obiettivo generale del DOE è quello di sviluppare nuovi concetti di catalisi e nuovi catalizzatori per aiutare l’industria a produrre combustibili e prodotti chimici da materie prime fossili e rinnovabili in modo più efficiente e sostenibile. Questa ricerca sta aiutando anticipo combustibili solari, che sono combustibili aziende fanno utilizzando il sole e prodotti chimici comuni come anidride carbonica e azoto. Questa ricerca sta anche creando metodi avanzati per trasformare la plastica scartata in nuovi prodotti.

Fast Facts

• Gli esseri umani hanno utilizzato catalizzatori per migliaia di anni. Ad esempio, il lievito che usiamo per fare il pane contiene enzimi, che sono catalizzatori naturali che aiutano la conversione della farina in pane.
• Il Premio Nobel per la chimica 2005 è stato assegnato a tre ricercatori (Yves Chauvin, Robert H. Grubbs e Richard R. Schrock) per il loro lavoro sui catalizzatori di metatesi. Drs. Grubbs e Schrock sono stati finanziati in parte da DOE per la loro ricerca premio Nobel. Il dottor Schrock continua ad essere finanziato dal DOE.
• Il Premio Nobel per la Chimica 2018 è stato assegnato a Frances H. Arnold per il suo lavoro pionieristico per dirigere l’evoluzione degli enzimi per applicazioni come i combustibili rinnovabili che sono innocui per l’ambiente. Lei è finanziato in parte da DOE.
• Visita Argonne National Lab per altre sette cose che potresti non sapere sulla catalisi.

Risorse

• DOE Office of Science BES program
• Scopri le direzioni di ricerca del DOE per i catalizzatori chimici.
• Relazione: Esigenze di ricerca di base per la scienza della catalisi
• Come i catalizzatori stanno trasformando l’industria chimica, i combustibili solari e l’upcycling dei polimeri.
• Highlight scientifico: la catalisi vede la luce