并发同异催化

催化技术使现代工业化学成为可能它们是石油化工和制药业的主体,允许反应更快、廉价和有时更绿化并有很长一段时间:瑞典化学家Jöns Jacob Berzelius在1836年首次使用催解词描述各种观察到的现象, 包括同质系统-即催化剂与反应器处于相同阶段-和相异系统-和相异系统-Berzelius认识到共生化学原理,但催化分解独立开发,为化工提供不同强弱今日化学家把田聚在一起 以获得两个世界中最优的

到1900年代,所有催化素都定义为加速化学反应而不出现在终端产品中的物质,但后来渐渐变得清晰,同质和多式催化素通过不同机制运作,这使字段基本保持独特性。Gabor Somorjai表示, 加州大学伯克利分校老手催解理科直到最近,他们被单独教程,单独使用并接受各种文献服务

最早的多式催化实例之一是观察像铁或白金这样的红热金属可催化氨分解,法国化学家Louis Jacques Tynder记录于1813年异质催化器,往往是金属,在行业中广泛使用,有利于易恢复,以便从产品中去除高价催化器并重新使用

互不聊天 因为他们开发完全分离域

GaborSomorjai,UC伯克利

首类同质催化剂作为制硫酸制导室过程的一部分使用。1746年,Birmingham英国实业家John Roebuck开发氮氧化气体对潮水二氧化物和空气反应的催化作用以过渡金属为基础的同质催化物现在比较常见,例如水成化工业使用有机合金-从alkees生产aldehyde等系统中的金属离子可促动反作用因可变氧化状态环绕有机链形环境还提供非常特殊环境,有利于特定产品变换这些离散器允许化学家调试催化剂的选择性

泛型同质催化物选择性强,非主动性强,非稳定性强,而多式催化物活动性强(可高温运行,稳定性强 ), 但不选取性强 。一分选择活动易分是否有方法合并方法混合催化器能消除异-异差吗?

催化树

寻找混合系统的努力迄今成败参半常使用异化同质催化器,可以通过链式分子直接制片或绑定silanol群前工业化学家Robert Farrauto目前在美国纽约哥伦比亚大学工作,37年来在Engelhard公司和BASF公司工作时有这种经验。ibjective-destrict-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations-servations并开始分解支持

今天,研究者正努力用各种策略更好地整合同源和异化催化器的特性目标高响应性稳定催化器百分百产品选择 — — 当然全部低成本目标共享的同时 异同催化社区 从不同角度看待问题

连接同质催化剂支持时,会因失去一定程度的自由而少一点性能

Robert Farrauto哥伦比亚大学

从多式视角看,目标一直是生成小而细散化的催化粒子金属纳米粒子等催化物可分布于多孔辅助材料内,提高性能与减少纳米粒子大小相关联,以提供更活性催化场与纳米粒子聚类趋势竞争 低效率和低效率还可能增加侧响应最终目的是创建单原子催化剂 — — 隔离催化作用原子网站分布于支持中,这可能模仿同质催化剂,提供相似回射和产品选择性

Somorjai和Berkele合作者想出新策略异化同质催化器以从alkees生成环丙烷,该行业需要同质催化器开发封装金属纳米粒子endrimers树形分支聚合物-这里指聚胺-并封装金、白金、或纳米粒子sorjai解释道:endrimer保护集群避免聚合或浸出外加集群大小通常约40原子小到电子行为像离散分子和绑定反应器强度更高

Dendrimers还以相似方式调和系统催化性能,类似同质催化离子周围的ligands, 并似乎提供用多异性催化素难以实现的化学选择包括立体选择性举例说,propargypivalate反应₈H级₁₂O级₂和 styrene₆H级₅CH=CH₂Somorjai使用封装2nm金集群催化剂实现五倍增长Cis循环丙烷转接器对比相同反应 氯化金同质催化小德丁斯生成更多斯特克偏好,原因是金中心周围空间限制增加^一号

Aloy盟友

中途之家的另一方法就是创建稀释合金,其中包括催化活性金属Sykes正协同Topts和英国伦敦大学学院的同事开发这一方法并选择组合:例如白金和铜,因为白金在铜中非常易解,宁由铜原子包围,也不愿由白金原子包围,所以热力学为您提供单原子合金使用扫描检测显微镜可视觉化铜批量中的个体白金原子

使用廉价催化金属协同组合并发式,例如催化C-H联想激活或氢分解反应可能是一种货币屏蔽(平台成本约每克30元20英镑对铜一分之一)。并用白金附加优势是合金不易使用“编码”,即催化剂因侧作用消沉而停用sykes解释道 : “ 打破碳-碳联结需要不止一个白金原子,只有单原子意味着无法破解联结 — — 免得积聚焦炭。²

合金也可以提供更大的化学选择性Sykes表示:「我们设计出千差万别催化剂与原子级细节百年同质催化剂,金属催化作用通常发生于表层结构缺陷点,但单原子催化作用点的组合由弱绑定铜点环绕提供环境可更好地控制各种反应类型³

Peter Wasserscheid实验室类似方法 德国Erlangen-Nuremberg大学使用合金小滴比多50倍系统用于催化丁烷去水450oC反应温度下合金为液态,但存在于液态表面,单片原子起催化作用⁴

多元催解行业偏爱,但并非总能实现举个例子,水形化生产aldehydes从alkes和syngas(氢化物、一氧化碳和二氧化二氮)在全球以百万吨规模展开反应组加氢原子碳-碳双联自1938年发明以来, 业界和学术界的研究人员都试图异化反应,公司正试图改变这一点,使用支持ionic液相法

开发出一种系统 使用离子催化液, 盐存在于液相低于100摄氏度, 和idiziionic液分解成纳米深层多孔辅助材料,与气体反应器和产品接触时保留催化性能SILP技术并不仅仅是多样化的,它归并多样化催化-因为在支持中你仍然拥有同质催化器silpl方法产生99%期望n-pental产品⁵

Evonik数家小型工厂测试系统由欧盟资助的项目Romeo.目的是在未来三年内将水成能耗减少80%,排放减少90%并搭建全机厂仍需要延长催化剂寿命,因为目前它3000小时后失效Franke表示他们寻找寿命至少8000小时(大约一年左右)。

电动催眠

远离石化产业 催化器在电化反应中 也起着巨大作用电动催化器对加速燃料电池、电池和太阳能电池的反应至关重要Yogesh Surendranath是美麻省理工学院的化学家,开发出一种电解法,从多式和单式催解法中提取脉冲电极联结催化素使用保乐子环,在催化剂金属中心与电极表面间创建相交反火结果是完全不同的催化模式,活动比等效解决催化物高得多 — — 与常态形成鲜明对比,常态支持催化物性能低劣

Surendranath制作了这些石墨同化催化剂和协调复合体,以有选择地减少CO₂公元前⁶原则上,任何同质催化器-只要能以适当方式修改-应该适应我们开发的化学-并发式巨变催化剂电化学行为比方解析相或表层交错法法。 批文中,当人用分子修改电极面时,他们只是将分子固定到表层电子连接分子 允许分子与电子带状态 之间的强轨交互

不同类型催化的证据也来自对催化剂转导金属离子氧化状态的测量-它没有变化催化剂行为不象传统同质分子催化剂,而更像金属活性场所利用的多式催化剂Surendranath表示:「我们仍会为表层站点单站活动,电子结构之混合 和同质异解析之混合

Surendranath建议,将可调分子催化剂特性与金属扩展固体电子特性合并单从电解作用外可能有用并使用分子催化剂解析解析

哪些方法有可能提供下一代工业催化剂法兰克表示:「我绝对确信未来催化系统将连接两个技术间的差距Surendranath自定义技术中表示 很难判断工业规模的冲击认为任何特定催化平台是催解灵丹妙药绝对不合适

Somoraji现在将注意力转向另一个方向 — — 转向酶,自然自身催化器隔离酶自1914年以来一直用于洗涤剂,并广泛用于食品和精化工索摩拉吉正努力改变功能,同时保留功能伯克利协作者Matthew Francis使用单片脱氧核糖核酸阻塞玻璃表面配方脱氧核糖核酸链附于玻璃表面和酶N终点值上,允许按特定方向排列酶分子以保留它们的催化活动⁷

长久以来催解依赖智能或组合方法查找新材料,但化学家现在正向更合理的设计原理发展Skyes表示, `这是一个真正令人振奋的时刻, 因为我们理解主动网站原子级解析并用理论建模'旧异同分解可能是结果并导致开发更快、更廉价和绿色混合催化剂

瑞秋巴西科学作家总部设在英国伦敦