Katalyse is, zoals veel wetenschappen, situationeel.

Deze krachtige chemie heeft alles te maken met het versnellen van chemische reacties, het gebruik van katalysatoren om het proces te "turbochargen" en snel nieuwe chemicaliën en brandstoffen te creëren.

Omdat er zoveel variabelen in het spel zijn:druk, licht, warmte, tijd, en de aanwezigheid van andere reactieve moleculen, om er maar een paar te noemen:wetenschappers moeten onvermoeibaar experimenteren, het in kaart brengen van de specifieke omstandigheden die tot de beste resultaten zullen leiden.

Onderzoekers van het Catalysis Center for Energy Innovation (CCEI), een multi-institutioneel onderzoekscentrum onder leiding van de Universiteit van Delaware, werken om die uitdagingen op te lossen door efficiëntere benaderingen van katalysewetenschap voor te stellen. Soms, hun werk kan zelfs leiden tot het ontdekken van nieuwe katalysatoren.

Recent onderzoek uitgevoerd door CCEI, gepubliceerd in het nieuwste nummer van Natuur Katalyse , heeft het mysterie verder ontsluierd over een klasse materialen die lange tijd onderbelicht is geweest als katalysatoren:metaaloxiden. Naast het stimuleren van een meer betaalbare en stabiele chemische productie, CCEI's onderzoek naar de aard van metaaloxiden zou mogelijk kunnen leiden tot de ontdekking van nog betere, selectievere katalysatoren.

De wetenschap van katalyse, hoewel behulpzaam, is niet bepaald efficiënt of kosteneffectief. Nieuw, betere katalysatoren zoals metaaloxiden kunnen het proces helpen verbeteren, die, beurtelings, kan het voor wetenschappers gemakkelijker maken om hernieuwbare alledaagse producten te produceren, zoals smeermiddelen, brandstoffen, lijmen, zeep, en meer.

"Eerder, men geloofde dat we onze toevlucht moesten nemen tot dure metalen zoals platina om cruciale taken uit te voeren, zoals het splitsen van specifieke chemische bindingen, " zei Alexander Mironenko, co-auteur van de studie en een voormalig CCEI-onderzoeker die nu een postdoctoraal onderzoeker is aan de Universiteit van Chicago. "Maar naast hun hoge kosten, dit soort metalen produceerden ongewenste bijproducten, vermindering van de efficiëntie van het totale proces. In ons huidige onderzoek, we laten zien dat goedkopere en stabielere metaaloxiden die reacties kunnen aansturen, te."

Een oxide wordt gedefinieerd als een chemische stof die bestaat uit ten minste één zuurstofatoom en één ander element; dergelijke verbindingen zijn overvloedig aanwezig in de aardkorst. De relatieve stabiliteit van veel metaaloxiden maakt ze ideaal voor gebruik in katalytische reacties zoals activering van CO-bindingen, wat een essentiële stap is bij het omzetten van afval en lignocellulose biomassa (zoals houtsnippers en gras) in bruikbare brandstoffen en chemicaliën.

De lage kosten van metaaloxiden kunnen ook economische voordelen opleveren. R&D Magazine schat dat 90% van de commerciële chemische producten afhankelijk is van katalyse voor productie, wat betekent goedkoper, stabielere katalysatoren kunnen de productiekosten verlagen.

"We hebben een manier van denken over oxidekatalysatoren geïntroduceerd die nog nooit eerder is gepubliceerd, " voegt voormalig CCEI postdoctoraal fellow Konstantinos Goulas toe, nu een assistent-professor in chemische technologie aan de Oregon State University. "Het is ongelooflijk spannend, omdat het de potentie heeft om ontdekkingen in allerlei katalytische processen te begeleiden, van industrieel tot milieu. belangrijk, computersimulaties kunnen betere katalysatoren voorspellen en experimenten stimuleren. Onze studie is de eerste systematische studie die deze hele klasse van materialen introduceert voor een van de hardere chemieën in bioraffinaderijen."