Jak udělat z levného materiálu drahý kov? Kredit: Dauenhauer Group / University of Minnesota.

Je to až k zlosti. Ale, bohužel, řada významných chemických reakcí, které by nám mohly usnadnit život, vyžaduje jako katalyzátory vzácné a velmi drahé kovy. To v řadě případů představuje zásadní překážku praktickému uplatnění jinak velmi užitečných technologií. Vědecké týmy po celém světě proto hledají řešení, která by tuto nepříznivou situaci zvrátila.

Paul Dauenhauer. Kredit: AIChE.

V dnešní době se v klíčových chemických reakcích průmyslového významu často uplatňují v roli katalyzátoru kovy jako je platina, palladium nebo rhodium. Katalyzují skvěle, ale nejdřív je musíte sehnat a zaplatit. Jsou velmi nákladné, což zvedá cenu jak samotného zařízení na zmíněné chemické reakce, tak i výsledného produktu.

Výzkumný tým americké University of Minnesota přišel na to, jak tyto drahé katalyzátory nahradit mnohem levnějšími kovy. Dosahují toho změnou počtu elektronů u levných kovů, díky čemuž tyto materiály získají některé vlastnosti luxusních katalytických kovů. K tomuto účelu vyvinuli zařízení, jemuž říkají „katalytický kondenzátor“ (anglicky „catalytic condenser“).

Jak říká vedoucí výzkumu Paul Dauenhauer, atomy ve skutečnosti nestojí o to, aby měnily svůj daný počet elektronů. Katalytický kondenzátor je ale dokáže přesvědčit. Podle Dauenhauera to otevírá nové možnosti v chemii, protože levné a snadno dostupné materiály zastoupí dosavadní drahé katalytické kovy.

Logo. Kredit: University of Minnesota.

Aby katalytický kondenzátor tento úkol zvládnul, tvoří jej na sebe uspořádané série tenkých filmů. Na vrchní straně se nachází vrstva oxidu hlinitého o tloušťce 4 nanometry. Pod ní je vrstva grafenu, pak vodiče a úplně vespod vrstva izolátoru. Když grafenem a vodičem prochází proud, ve vrstvě oxidu hlinitého se vytváří náboj. Tím dojde ke změně vlastností vrstvy oxidu hlinitého, z něhož se stane kýžený katalyzátor.

Vlastnosti výsledného katalyzátoru přitom lze nastavit ovládáním použitého napětí u elektrického proudu, složením vrstvy izolátoru nebo přidáváním dalších složek do katalytické vrstvy. Podle tvůrců bude možné „katalytický kondenzátor“ využívat v řadě průmyslových odvětví, v nichž provozují rozmanité chemické reakce.

Video: Paul Dauenhauer, Chemical Engineer | 2020 MacArthur Fellow

Literatura

JACS Au online 7. 5. 2022.

New Atlas 10. 8. 2022.