代尔夫特工业大学(TU Delft)的研究人员已经开发出一种有效量可忽略不计的催化剂。由于其形式和耐用性,该催化剂在反应中的寿命更长,从而节省了大量能量,防止浪费并降低了成本。研究结果已发表在《自然通讯》上。
代尔夫特理工大学的研究员Evgeny Pidko和他的小组采用了几乎整体的方法来进行催化剂的化学反应。这些物质在降低化学反应的激活壁垒中起着重要作用。
催化剂存在于反应混合物中,但不是化学反应方程式的一部分。因此,从理论上讲,催化剂应该能够永远工作。然而,在实践中,化学家看到它们随着时间的流逝变得越来越不活跃。这意味着为了使反应过程平稳进行需要大量催化剂。然后必须从反应混合物中除去催化剂,这是昂贵且污染的过程。对于制药和精细化学工业而言,生产一公斤所需产品会产生约五十公斤的废品并不少见,因此使这些化学过程更具可持续性是迫在眉睫的事情。
生与死
Pidko团队面临的最重要问题是:催化剂在什么情况下是活跃的,为什么会衰减?皮德科:“我们实际上正在做的是从催生到死亡的催化剂。” 现在,这项研究导致发现了一种新型催化剂,该催化剂效率极高。即使使用“顺势疗法”量的催化剂也足以使反应顺利进行。对于他们的研究,化学家们使用了一种锰催化剂来氢化分子,这意味着分子中的双键被打破,氢在分子中占据了这个位置。该反应主要用于固化油脂。
皮德科:“为了使催化剂更有效,我们努力创造每个分子更多的键合点。我们注意到,突然之间,反应进行得更好了。” 研究人员使用光谱学观察到这种新型催化剂具有理想的性能。在其激活状态下,它打开以促进所需的反应。在静止状态,催化剂关闭其钳状臂,保护其活性部分。Pidko小组的研究表明,该催化剂最多可使用200,000个循环。” Pidko说:“即使在120°C的温度下,它也能保持其完整性。这种催化剂的功效非常独特。”而不是通常的1000 ppm(百万分之一),而只有5 ppm的新催化剂是必需的。使用这样的最小量意味着可以跳过通常需要的纯化步骤。
绿化化工
尽管需要进一步的研究,但不能立即用于现有的化学工艺中,这一发展是化学工业绿色化的重要一步。使这项研究在本领域特别创新的是催化剂的研究方法。Pidko总结说:“认真跟踪整个生命周期,使我们对催化剂有了更好的了解,我们希望我们可以使用这种方法来开发更多的这些'顺势疗法'催化剂,这可能证明对化学工业具有革命性意义。”