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あなたの日常生活のほとんどすべては触媒に依存します：車、ポストイットノート、洗濯洗剤、ビール。 あなたのサンドイッチのすべての部分—パン、チェダーチーズ、ローストターキー。, 触媒はあなたの雑誌の滑らかなペーパーを作り出すためにペーパーパルプ 彼らは毎晩あなたのコンタクトレンズをきれ 牛乳をヨーグルトに、石油をプラスチック製のミルクジャグ、Cd、自転車のヘルメットに変えます。

触媒作用とは何ですか？

触媒は、化学反応を加速させるために必要なエネルギー量を減らすことによって化学反応を加速させます。 触媒作用は、化学反応を使用して原材料を有用な製品に変える多くの工業プロセスのバックボーンです。 触媒は、プラスチックおよび他の多くの製造品目の製造に不可欠です。

人体でさえ触媒上で動く。, あなたの体の多くの蛋白質はあなたの食糧を消化するのを助けることにあなたの肢を動かす信号の作成からのすべてをする酵素と呼ばれる触 彼らは本当に人生の基本的な部分です。

小さなものは大きな結果をもたらすことができます。

ほとんどの場合、違いを生むために少量の触媒が必要です。 触媒粒子のサイズでさえ、反応の実行方法を変えることができます。 昨年、材料科学者Larry Curtissを含むArgonneのチームは、銀触媒がわずか数原子のナノ粒子に入っているときに、その作業が優れていることを発見しました。, （触媒は不凍剤および他のプロダクトの作成の第一歩であるプロピレンの酸化物にプロピレンを回します。)

それは物事を環境に優しくすることができます。

プラスチックおよび他の必須項目のための産業製造工程は頻繁に人間の健康および環境に危険をもたらすことができる厄介な副産物を作 より良い触媒はその問題の解決に役立ちます。 例えば、同じ銀触媒は、実際にはより少ない有毒な副生成物を生成し、反応全体をより環境に優しいものにする。

その心臓部では、触媒はエネルギーを節約する方法です。, そして、触媒を大規模に適用すると、世界に多くのエネルギーを節約することができます。 毎年アメリカで使用されているエネルギーの三パーセントは、エタンとプロパンをアルケンに変換し、プラスチックを製造するために使用されます。 それは500万バレル以上のガソリンに相当するものです。

触媒はまた、バイオ燃料のロックを解除するための鍵です。 すべての生物量—トウモロコシ、switchgrass、木—燃料を作るために破壊されなければならないセルロースと呼ばれる堅い混合物を含んでいる。, を得ることに触媒分解の仕セルロースとのバイオ燃料をより安価で可能な再生可能エネルギーとしてのソースです。

多くの場合、なぜそれらが機能するのか分かりません。

触媒が働く正確な理由は、しばしば科学者にとってはまだ謎です。, カーチスは、計算触媒で動作します：触媒がどのように動作するかを説明する物理学、化学、数学の複雑な相互作用に取り組むためにコンピュータを使用し

彼らはプロセスを考え出したら、科学者は、代わりに異なる材料がどのように動作するかをシミュレートすることによって、さらに良く動作する触媒 新しい触媒のための潜在的な構成は、スーパーコンピュータがそれらを扱うのに最適である理由である組み合わせの数千に実行すること,

エジソンが電球を作っていたとき、彼は炭化されたフィラメントを発見する前に文字通り何百もの異なったフィラメントをテストしました（おそらく彼の研究室の助手の忍耐をテストしました）。 を活かしスーパーコンピュータや現代の技術、研究者の年間の試験および費用をブレークスルーをもたらします。

CurtissはArgonneのBlue Gene/Pスーパーコンピュータでシミュレーションを行い、可能な新しい触媒を設計します。 “スーパーコンピュータがより速くなってきたので、10年前にはできなかったことを行うことができました”と彼は言いました。,

彼らは電池の次の大きな革命のために不可欠である可能性があります。

新しく効率的なリチウムイオン電池は、今日利用可能なスリムでエレガントな携帯電話やノートパソコンに不格好な車の携帯電話を回す助けま しかし、科学者たちはすでに電池の次の革命を探しています—いつか電池の光を作ることができ、外出先で500マイル車を取るのに十分な強力なもの。 有望なアイデアは、空気からの酸素を主成分として使用するリチウム空気電池である。, しかし、この新しいバッテリーは、内部の化学的性質を完全に刷新する必要があり、それを機能させるためには強力な新しい触媒が必要です。 リチウム空気電池は、リチウム原子と酸素原子を組み合わせて、それらを何度も分解することによって機能します。 それは触媒のためにオーダーメイドの状況であり、良いものは反応をより速くし、電池をより効率的にするでしょう。

どのように新しい触媒を作るのですか？

反応の背後にある化学を理解することは最初のステップであり、その後、科学者はモデリングを使用して潜在的な新しい触媒を設計し、それらをラボで試験することができます。, その第一歩が困難な場合を除きでは原子レベルでのん中に反応を行います。 これはArgonneの高度の光子の源(APS)のような大きい科学設備が照るところである。

APSでは、科学者は米国で最も明るいX線を使用して反応をリアルタイムで追跡することができます。 研究室の電子顕微鏡センターでは、研究者は反応している間に原子の写真を撮ります。 Curtissとチームは、より良い触媒の探索にこれらの両方を使用しています。