Flera forskningsfält har vuxit fram kring de kemiska drivkrafterna, kallade katalysatorer, arbetar i många industriella processer – inklusive de som ökar produktionen av bränslen, gödselmedel, och livsmedel. Dessa forskningsansträngningar har utvecklat mer användbara katalysatorer som påskyndar kemiska reaktioner och gör reaktionerna mer effektiva utan att förbrukas i processen.

Nu, det finns ett växande intresse för att samordna forskningsinsatserna inom dessa områden för att skapa nya, hybridkatalysatorer med förbättrad prestanda, sa Gabor Somorjai, en senior forskare på fakulteten vid materialvetenskapsavdelningen vid det amerikanska energidepartementets Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) och kemiprofessor vid UC Berkeley.

Somorjai, som har skrivit mer än 1, 000 tidskriftsartiklar relaterade till katalys och särskilt kemi som förekommer vid metallytan, talar för att eftersträva nya former av hybridkatalys i en perspektivartikel som publicerades denna månad i tidskriften Naturkatalys . Somorjai har också skrivit fyra läroböcker relaterade till ytkemi.

"Låt oss försöka kombinera resultaten från dessa fält på nya sätt, " Sa Somorjai. "Det verkar uppenbart att detta kommer att vara utvecklingen av området." Uppsatsen erkänner några tidigare publicerade studier som rör hybridkatalysatorer, och efterlyser fler framsteg.

Rong "Rocky" Ye, tidningens huvudförfattare, sa, "Vår artikel presenterar konceptet med hybridkatalysatorer systematiskt och heltäckande så att fler forskare blir medvetna om möjligheterna i forskningsriktningar och samarbeten." Ye är en före detta doktorand vid Berkeley Lab och UC Berkeley som nu är presidentpostdoktor vid Cornell University.

De tre allmänna typerna av katalysforskning, enligt perspektivartikeln, delas ofta in enligt följande:

• Homogena katalysatorer, som vanligtvis arbetar i samma fas av materia (oftast en vätska eller en gas) som reaktanten. En reaktant är ett ämne som deltar i en kemisk reaktion och förändras av reaktionen.
• Heterogena katalysatorer, som verkar i en annan fas av materia än reaktanter. Denna typ av katalysator kan finnas på den yttre eller inre ytan av täta eller porösa fasta ämnen, artikeln noterar, eller kan fästas på ytan av material, i form av metallkristaller eller nanopartiklar, till exempel.
• Enzymkatalysatorer, som är 3-D biologiska molekyler härledda från aminosyror. Enzymer är vanligtvis nedsänkta i en vätska.
• Att skapa hybridkatalysatorer genom att blanda olika typer av katalysatorer och reaktanter "kan vara större än summan av deras delar ... och kan ge en lovande metod för att syntetisera svårfångade slutprodukter, " står det i artikeln. Perspektivet, författad av Somorjai och fyra andra forskare från Berkeley Lab och UC Berkeley, listar 17 kemiska processer som kan påskyndas av katalysatorer i var och en av ovanstående kategorier.

"När vi försöker hybridisera, vi kanske kan accelerera reaktionshastigheten eller selektiviteten för nya produkter, sa Somorjai.

Detta kan öppna nya vägar för att utveckla batterier som håller längre och billigare läkemedel, han sa.

Redan, Somorjais forskargrupp har hittat sätt att "heterogenisera homogen katalys" genom att tjudra, ympning, eller inneslutande katalysatorer som vanligtvis är lösta i en vätska. Detta kan ge mer långsiktig stabilitet för reaktionsprocesserna, reducera avfall, och förbättra återanvändningen av katalysatorerna, perspektivanteckningarna.

Det finns utmaningar, fastän, för att förhindra att metaller läcker ut över tid till exempel, och att optimera alla komponenter och förhållanden för att garantera överlägsen prestanda hos sådana hybrider.

Somorjais team är nu i ett tidigt skede av att arbeta med hybridmetoder som innehåller enzymkatalysatorer.

"Låt oss försöka kombinera dem och se vad vi får – det kanske blir något unikt, "Somorjai sa. "Det verkar uppenbart att detta kommer att vara utvecklingen av området katalys."