Platina har använts tidigare för katalysuppgifter, men det är dyrt, främst på grund av dess brist och även på grund av den gruvdrift som krävs för att få den. Platinakatalys kan också ge oönskade biprodukter. Kredit:University of Delaware
Katalys är, som många vetenskaper, situationella.
Denna kraftfulla kemi handlar om att accelerera kemiska reaktioner, använda katalysatorer för att "turboladda" processen och snabbt skapa nya kemikalier och bränslen.
Eftersom det finns så många variabler som spelar in – tryck, ljus, värme, tid, och närvaron av andra reaktiva molekyler, för att bara nämna några – forskare måste experimentera outtröttligt, kartlägga de specifika förhållanden som leder till bästa resultat.
Forskare vid Catalysis Center for Energy Innovation (CCEI), ett multiinstitutionellt forskningscenter som leds av University of Delaware, arbetar för att lösa dessa utmaningar genom att föreslå mer effektiva metoder för katalysvetenskap. Ibland, deras arbete kan till och med leda till att helt och hållet upptäcka nya katalysatorer.
Ny forskning utförd av CCEI, publicerad i senaste numret av Naturkatalys , har ytterligare avslöjat mysteriet om en klass av material som länge har understuderats som katalysatorer:metalloxider. Förutom att driva mer prisvärd och stabil kemikalieproduktion, CCEI:s undersökning av metalloxidernas natur kan potentiellt leda till upptäckten av ännu bättre, mer selektiva katalysatorer.
CCEI-forskare använder specialiserade reaktorer, som på bilden ovan, för att testa effektiviteten och effektiviteten hos olika katalysatorer. Kredit:University of Delaware
Vetenskapen om katalys, samtidigt som det är till hjälp, är inte direkt effektivt eller kostnadseffektivt. Ny, bättre katalysatorer som metalloxider kan hjälpa till att förbättra processen, som, i tur och ordning, kan göra det lättare för forskare att producera förnybara vardagsprodukter, som smörjmedel, bränslen, lim, tvål, och mer.
"Tidigare, man trodde att vi var tvungna att ta till dyra metaller som platina för att utföra avgörande uppgifter som att klyva specifika kemiska bindningar, sa Alexander Mironenko, medförfattare till studien och en före detta CCEI-forskare som nu är postdoktor vid University of Chicago. "Men förutom deras höga kostnader, dessa typer av metaller gav oönskade biprodukter, minska effektiviteten i den övergripande processen. I vår nuvarande forskning, vi visar att billigare och mer stabila metalloxider kan driva dessa reaktioner, för."
En oxid definieras som ett kemiskt ämne som består av minst en syreatom och ett annat element; sådana föreningar är rikliga i jordskorpan. Den relativa stabiliteten hos många metalloxider gör dem idealiska för användning i katalytiska reaktioner som C-O-bindningsaktivering, vilket är ett viktigt steg för att omvandla avfall och lignocellulosabiomassa (som flis och gräs) till användbara bränslen och kemikalier.
Metalloxiders låga kostnad kan också ge ekonomiska fördelar. R&D Magazine uppskattar att 90 % av kommersiella kemiska produkter är beroende av katalys för produktion, vilket betyder billigare, mer stabila katalysatorer kan sänka tillverkningskostnaderna.
"Vi har introducerat ett sätt att tänka på oxidkatalysatorer som aldrig tidigare har publicerats, ", tillägger tidigare CCEI postdoktor Konstantinos Goulas, nu biträdande professor i kemiteknik vid Oregon State University. "Det är otroligt spännande, eftersom det har potential att styra upptäckter i alla möjliga katalytiska processer, från industri till miljö. Viktigt, datorsimuleringar kan förutsäga bättre katalysatorer och driva experiment. Vår är den första systematiska studien som introducerar hela denna klass av material för en av de hårdare kemierna i bioraffinaderier."
