Næsten alt i dit daglige liv afhænger af katalysatorer: biler, Post-It notes, vaskepulver, øl. Alle dele af din sand .ich—brød, cheddarost, stegt kalkun., Katalysatorer nedbryde papirmasse til at producere den glatte papir i dit magasin. De renser dine kontaktlinser hver aften. De forvandler mælk til yoghurt og olie til plastik mælkekander, cd ‘ er og cykelhjelme.
Hvad er katalyse?
katalysatorer fremskynder en kemisk reaktion ved at sænke den mængde energi, du har brug for for at få en til at gå. Katalyse er rygraden i mange industrielle processer, der bruger kemiske reaktioner til at omdanne råmaterialer til nyttige produkter. Katalysatorer er integreret i fremstilling af plast og mange andre fremstillede varer.
selv den menneskelige krop kører på katalysatorer., Mange proteiner i din krop er faktisk katalysatorer kaldet en .ymer, som gør alt fra at skabe signaler, der bevæger dine lemmer til at hjælpe med at fordøje din mad. De er virkelig en grundlæggende del af livet.
små ting kan have store resultater.
i de fleste tilfælde behøver du bare en lille mængde af en katalysator for at gøre en forskel. Selv størrelsen af katalysatorpartiklen kan ændre den måde, en reaktion kører på. Sidste år fandt et Argonne-team, herunder materialeforsker Larry Curtiss, at en sølvkatalysator er bedre til sin opgave, når den er i nanopartikler, kun et par atomer bredt., (Katalysatoren omdanner propylen til propyleno .ider, hvilket er det første skridt i fremstilling af frostvæske og andre produkter.)
det kan gøre tingene grønnere.
Industrielle fremstillingsprocesser for plast og andre vigtige genstande producerer ofte ubehagelige biprodukter, der kan udgøre en fare for menneskers sundhed og miljøet. Bedre katalysatorer kan hjælpe med at løse dette problem. For eksempel producerer den samme sølvkatalysator faktisk færre giftige biprodukter-hvilket gør hele reaktionen mere miljøvenlig.
i hjertet er en katalysator en måde at spare energi på., Og anvendelse af katalysatorer i stor skala kunne redde verden meget energi. Tre procent af al den energi, der bruges i USA hvert år, går til at omdanne Ethan og propan til alkener, som blandt andet bruges til at fremstille plast. Det svarer til mere end 500 millioner tønder ben .in.
katalysatorer er også nøglen til oplåsning af biobrændstoffer. Al biomasse-majs, s .itchgrass, træer—indeholder en hård forbindelse kaldet cellulose, som skal nedbrydes for at fremstille brændstof., At finde den perfekte katalysator til at desintegrere cellulose ville gøre biobrændstoffer billigere og mere levedygtige som en vedvarende energikilde.
ofte har vi ingen ID.om, hvorfor de fungerer.
de præcise grunde til, at katalysatorer arbejder, er ofte stadig et mysterium for forskere., Curtiss arbejder i beregningskatalyse: brug af computere til at tackle det komplicerede samspil mellem fysik, kemi og matematik, der forklarer, hvordan en katalysator fungerer.
når de har fundet ud af processen, kan forskere forsøge at opbygge en katalysator, der virker endnu bedre ved at simulere, hvordan forskellige materialer kan fungere i stedet. Potentielle konfigurationer for nye katalysatorer kan løbe til tusinder af kombinationer, hvorfor supercomputere er bedst til at håndtere dem.,
da Edison byggede lyspæren, testede han bogstaveligt talt hundreder af forskellige filamenter (sandsynligvis testede hans laboratorieassistenters tålmodighed også), før han opdagede det karboniserede filament. Ved at drage fordel af supercomputere og moderne teknologi kan forskere fremskynde årene med test og udgifter for at komme til gennembrud.Curtiss kører simuleringer på Argonnes blå Gen / p supercomputer for at designe mulige nye katalysatorer. “Som supercomputere er blevet hurtigere, har vi været i stand til at gøre ting, vi aldrig ville have været i stand til at gøre for 10 år siden,” sagde han.,
de kunne være afgørende for den næste store revolution i batterier.
nyligt effektive lithium-ion-batterier hjalp med at gøre klodsede biltelefoner til de slanke, elegante mobiltelefoner og bærbare computere, der er tilgængelige i dag. Men forskere søger allerede efter den næste revolution inden for batterier-en der en dag kunne gøre et batteri let og kraftigt nok til at tage en bil 500 miles ad gangen. En lovende id.er lithium-luftbatterier, der bruger ilt fra luften som en primær komponent., Men dette nye batteri kræver fuldstændig fornyelse af den interne Kemi, og det har brug for en kraftig ny katalysator for at få det til at fungere. Et lithium – luft batteri virker ved at kombinere lithium og ilt atomer og derefter bryde dem fra hinanden, igen og igen. Det er en situation, der er skræddersyet til en katalysator, og en god ville gøre reaktionen hurtigere og gøre batteriet mere effektivt.
Hvordan laver du en ny katalysator?
forståelse af kemien bag reaktioner er det første skridt; så kan forskere bruge modellering til at designe potentielle nye katalysatorer og få dem testet i laboratoriet., Men det første skridt er vanskeligt, medmindre du kan komme ned til atomniveauet for at se, hvad der sker under en reaktion. Det er her store videnskabelige faciliteter som Argonnes Advanced Photon Source (APS) skinner.
på APS kan forskere bruge de lyseste røntgenstråler i USA til at spore reaktionerne i realtid. På laboratoriets elektronmikroskopi Center tager forskere fotos af atomerne, mens de reagerer. Curtiss og holdet har brugt begge disse i deres søgen efter bedre katalysatorer.
Leave a Reply