téměř vše ve vašem každodenním životě závisí na katalyzátorech: auta, post-it poznámky, prací prostředek, pivo. Všechny části vašeho sendviče-chléb, sýr čedar, pečená krůta., Katalyzátory rozkládají papírovou buničinu, aby vytvořily hladký papír ve vašem časopise. Čistí vaše kontaktní čočky každou noc. Přeměňují mléko na jogurt a ropu na plastové mléčné džbány, CD a cyklistické přilby.
co je katalýza?
katalyzátory urychlují chemickou reakci snížením množství energie, kterou potřebujete, aby se jedna rozjela. Katalýza je páteří mnoha průmyslových procesů, které používají chemické reakce k přeměně surovin na užitečné produkty. Katalyzátory jsou nedílnou součástí výroby plastů a mnoha dalších vyrobených předmětů.
i lidské tělo běží na katalyzátorech., Mnoho bílkovin ve vašem těle je ve skutečnosti katalyzátory zvané enzymy, které dělají vše od vytváření signálů, které pohybují končetinami a pomáhají trávit jídlo. Jsou skutečně základní součástí života.
malé věci mohou mít velké výsledky.
ve většině případů potřebujete jen malé množství katalyzátoru, abyste mohli změnit. Dokonce i velikost částice katalyzátoru může změnit způsob reakce. V loňském roce tým Argonne včetně materiálového vědce Larryho Curtisse zjistil, že jeden stříbrný katalyzátor je lepší ve svém úkolu, když je v nanočásticích jen několik atomů širokých., (Katalyzátor mění propylen na propylenoxidy, což je první krok při výrobě nemrznoucí směsi a dalších produktů.)
to může dělat věci zelenější.
Průmyslové výrobní procesy pro plastové a další nezbytné položky, často produkují ošklivé vedlejší produkty, které mohou představovat nebezpečí pro lidské zdraví a životní prostředí. Lepší katalyzátory mohou pomoci vyřešit tento problém. Například stejný stříbrný katalyzátor ve skutečnosti produkuje méně toxických vedlejších produktů-což činí celou reakci šetrnější k životnímu prostředí.
ve svém srdci je katalyzátor způsob, jak šetřit energii., A použití katalyzátorů ve velkém měřítku by mohlo zachránit svět hodně energie. Tři procenta veškeré energie používané v USA každý rok přechází na přeměnu ethanu a propanu na alkeny, které se používají mimo jiné k výrobě plastů. To je ekvivalent více než 500 milionů barelů benzinu.
katalyzátory jsou také klíčem k odblokování biopaliv. Veškerá biomasa-kukuřice, rozvaděč, stromy—obsahuje tvrdou směs zvanou celulóza, která musí být rozdělena, aby se vyrobilo palivo., Nalezení dokonalého katalyzátoru pro rozklad celulózy by učinilo biopaliva levnější a životaschopnější jako obnovitelný zdroj energie.
často nemáme tušení, proč fungují.
přesné důvody, proč katalyzátory pracují, jsou pro vědce často stále záhadou., Curtiss pracuje ve výpočetní katalýze: použití počítačů k řešení komplikované souhry fyziky, chemie a matematiky, která vysvětluje, jak funguje katalyzátor.
jakmile na tento proces přijdou, vědci se mohou pokusit vytvořit katalyzátor, který funguje ještě lépe tím, že simuluje, jak by místo toho mohly fungovat různé materiály. Potenciální konfigurace pro nové katalyzátory mohou běžet na tisíce kombinací, což je důvod, proč jsou superpočítače nejlépe v jednání s nimi.,
Když Edison byl stavební žárovku, zkoušel doslova stovky různých vláken (pravděpodobně testuje trpělivost z jeho asistentů i), před objevování zuhelnatělé vlákno. Využitím superpočítačů a moderních technologií mohou vědci urychlit roky testování a nákladů, aby se dostali k průlomům.
Curtiss provádí simulace na superpočítači Argonne Blue Gene / P, aby navrhl možné nové katalyzátory. „Jak se superpočítače zrychlily, dokázali jsme dělat věci, které bychom nikdy nebyli schopni udělat před 10 lety,“ řekl.,
mohly by být nezbytné pro další velkou revoluci v bateriích.
nově účinné lithium-iontové baterie pomohly přeměnit neohrabané telefony do automobilů na štíhlé, elegantní mobilní telefony a notebooky, které jsou dnes k dispozici. Vědci však již hledají další revoluci v bateriích—takovou, která by jednoho dne mohla udělat bateriové světlo a dostatečně výkonnou, aby mohla vzít auto 500 mil za sebou. Slibnou myšlenkou jsou lithium-vzduchové baterie, které používají kyslík ze vzduchu jako primární součást., Tato nová baterie však bude vyžadovat úplné vylepšení vnitřní chemie a bude potřebovat silný nový katalyzátor, aby fungoval. Lithium-vzduchová baterie Funguje tak, že kombinuje atomy lithia a kyslíku a pak je rozbíjí, znovu a znovu. To je situace, šitý na míru pro katalyzátor, a dobrý by reakce rychlejší a baterie efektivnější.
jak vytvořit nový katalyzátor?
Pochopení chemie za reakce, je prvním krokem; pak vědci mohou využít modelování pro návrh nových možných katalyzátorů a jejich testování v laboratoři., Ale tento první krok je obtížný, pokud se nemůžete dostat na atomovou úroveň, abyste viděli, co se děje během reakce. To je místo, kde svítí velká vědecká zařízení, jako je Argonne Advanced Photon Source (APS).
u APS mohou vědci použít nejjasnější rentgenové záření ve Spojených státech ke sledování reakcí v reálném čase. V centru elektronové mikroskopie laboratoře vědci fotografují atomy, zatímco reagují. Curtiss a tým použili oba tyto při hledání lepších katalyzátorů.
Leave a Reply