211service.com
En ny type katalysator
For første gang har kemikere designet katalysatorer, der aktiveres af mekanisk stress. Indlejret i selvhelbredende belægninger kan sådanne katalysatorer initiere reparationsreaktioner, når de bliver ridset eller belastet. De mekanisk udløste katalysatorer kan også finde anvendelse i industrien til at forbedre udbyttet af plastik, lægemidler og andre stoffer.
De mekanisk aktiverede katalysatorer er designet af Rint Sijbesma , professor i kemi ved Eindhoven University of Technology, i Holland, og er beskrevet i dag i tidsskriftet Naturkemi . Nogle eksisterende katalysatorer kan aktiveres af varme- eller lysimpulser, hvilket giver kemikere større kontrol over forløbet af kemiske reaktioner. Men de nye katalysatorer er det første eksempel på katalysatorer aktiveret af mekaniske belastninger.
Sijbesmas katalysatorer drager fordel af en egenskab ved polymerer, som kemikere har kendt til i mange år. Når polymerer udsættes for stor nok kraft, trækkes de stramt, og spændingen får kemiske bindinger til at bryde. Hvor båndet brister, er dog svært at kontrollere. Sijbesma designede kulstofbaserede polymerer indeholdende to katalysatorer, der er brokoblet af et metalatom. I denne tilstand er katalysatorerne inaktive. Kulstof-metal-bindingen er polymerens svageste, og under stress er det den, der brydes og efterlader aktive katalytiske steder.
Koblingen mellem mekanisk energi og kemi forbliver mindre veludviklet end for eksempel foto, termisk eller elektrisk energi, siger Jeffrey Moore , professor i kemi ved University of Illinois i Urbana-Champaign. I 2007 var Moore den første til at demonstrere en reaktion designet til at blive initieret af mekaniske belastninger. Men denne reaktion involverede ikke en katalysator og kan kun ske én gang. Når først Sijbesmas katalysator er aktiveret, kan den få reaktioner til at ske igen og igen. Det er sjældent, at nye kemiske begreber af så fundamental karakter bliver afdækket og demonstreret, siger Moore.
Eindhoven-forskerne demonstrerede mekanisk aktivering af katalysatorer til adskillige velkendte reaktioner, herunder en brugt til biobrændstofsyntese, en brugt til at lukke kulstofringe under produktionen af lægemidler og en anden brugt til at åbne sådanne ringe til fremstilling af holdbart plast.
Dette er en interessant anvendelse af mekano-kemiske teknikker, siger Robert Grubbs , professor i kemi ved Caltech og vinder af 2005 Nobelprisen i kemi, som ikke var involveret i Eindhoven-arbejdet. I princippet kunne den finde anvendelser i katalyse, siger Grubbs. Jo flere værktøjer kemikere har til deres rådighed til at finjustere reaktionernes fremskridt, jo mere effektiv kan kemisk produktion være, siger Alshakim Nelson, kemiker hos IBM's. Almaden Forskningscenter . Det giver os endnu en knap at tune, siger han.
Sijbesma siger, at katalysatorernes tidligste anvendelser sandsynligvis vil være i selvhelbredende materialer og stresssensorer. Tilstedeværelsen af meget stress i et materiale indikerer, at det er ved at fejle, siger han. Vores stressfølsomme katalysatorer kan reagere på dette signal ved at starte en polymerisationsreaktion, der forstærker materialet præcist på det sted og det tidspunkt, det er nødvendigt. Selvhelbredende belægninger ville forhindre biler, skibe og broer i at ruste uden behov for hyppige genpåføringer.
Selvom dette arbejde er spændende, er det stadig i de tidlige stadier, advarer Moore. Katalysatorerne blev demonstreret i flydende opløsninger, hvor ultralydsimpulser leverede den mekaniske belastning. Der er stadig en betydelig kløft mellem ultralydsaktivering i opløsning og udviklingen af et mekanoresponsivt materiale, siger Moore.