211service.com
Nowy typ katalizatora
Po raz pierwszy chemicy zaprojektowali katalizatory aktywowane przez naprężenia mechaniczne. Osadzone w powłokach samonaprawiających się, takie katalizatory mogą inicjować reakcje naprawcze po zarysowaniu lub naprężeniu. Katalizatory wyzwalane mechanicznie mogą również znaleźć zastosowanie w przemyśle do poprawy wydajności tworzyw sztucznych, leków i innych substancji.
Katalizatory aktywowane mechanicznie zostały zaprojektowane przez Rint Sijbesma , profesor chemii na Uniwersytecie Technologicznym w Eindhoven w Holandii i są opisane dzisiaj w czasopiśmie Chemia przyrody . Niektóre istniejące katalizatory można aktywować impulsami ciepła lub światła, co pozwala chemikom na większą kontrolę nad przebiegiem reakcji chemicznych. Ale nowe katalizatory są pierwszym przykładem katalizatorów aktywowanych przez naprężenia mechaniczne.
Katalizatory Sijbesmy wykorzystują właściwość polimerów, o której chemicy wiedzą od wielu lat. Kiedy polimery są wystawione na wystarczająco dużą siłę, zostają napięte, a naprężenie powoduje zerwanie wiązań chemicznych. Tam, gdzie więź się rozpada, trudno jest jednak kontrolować. Sijbesma zaprojektowała polimery węglowe zawierające dwa katalizatory połączone mostkiem atomu metalu. W tym stanie katalizatory są nieaktywne. Wiązanie węgiel-metal jest najsłabsze w polimerze, a pod wpływem naprężeń to właśnie ono pęka, pozostawiając aktywne miejsca katalityczne.
Sprzężenie między energią mechaniczną a chemią pozostaje mniej rozwinięte niż, powiedzmy, energia fotograficzna, cieplna lub elektryczna, mówi Jeffrey Moore , profesor chemii na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign. W 2007 roku Moore jako pierwszy zademonstrował reakcję, która ma być inicjowana przez naprężenia mechaniczne. Ale ta reakcja nie zawierała katalizatora i może się zdarzyć tylko raz. Gdy katalizator Sijbesmy zostanie aktywowany, może sprawić, że reakcje będą się powtarzać. Rzadko zdarza się, aby nowe koncepcje chemiczne o tak fundamentalnej naturze były odkrywane i demonstrowane, mówi Moore.
Naukowcy z Eindhoven zademonstrowali mechaniczną aktywację katalizatorów dla kilku dobrze znanych reakcji, w tym jednej stosowanej w syntezie biopaliw, jednej używanej do zamykania pierścieni węglowych podczas produkcji farmaceutyków, a drugiej używanej do otwierania takich pierścieni w celu wytwarzania trwałych tworzyw sztucznych.
To ciekawe zastosowanie technik mechaniczno-chemicznych, mówi Robert Grubbs , profesor chemii w Caltech i laureat nagrody Nobla w dziedzinie chemii w 2005 roku, który nie był zaangażowany w pracę w Eindhoven. W zasadzie może znaleźć zastosowanie w katalizie, mówi Grubbs. Im więcej chemików mają do dyspozycji narzędzi do precyzyjnego dostrajania postępów reakcji, tym bardziej wydajna może być produkcja chemiczna, mówi Alshakim Nelson, chemik w IBM. Centrum Badawcze Almaden . To daje nam kolejne pokrętło do strojenia, mówi.
Sijbesma twierdzi, że najwcześniejsze zastosowania katalizatorów będą prawdopodobnie dotyczyły materiałów samonaprawiających się i czujników naprężeń. Obecność dużych naprężeń w materiale wskazuje na to, że wkrótce zawiedzie, mówi. Nasze wrażliwe na stres katalizatory mogą reagować na ten sygnał, rozpoczynając reakcję polimeryzacji, która wzmacnia materiał dokładnie w miejscu i czasie, w którym jest to potrzebne. Powłoki samonaprawiające zapobiegałyby rdzewieniu samochodów, statków i mostów bez konieczności częstego ponownego nakładania.
Chociaż ta praca jest ekscytująca, wciąż jest na wczesnym etapie, ostrzega Moore. Katalizatory zademonstrowano w roztworach ciekłych, przy czym impulsy ultradźwiękowe dostarczały naprężenia mechanicznego. Wciąż istnieje znaczna luka między aktywacją ultradźwięków w roztworze a opracowaniem materiału reagującego mechanicznie, mówi Moore.