Химики создали «безошибочные» осциллирующие катализаторы

Во многих химических процессах сегодня используются катализаторы. Они ускоряют химические реакции, снижая энергию их активации. Химическая реакция, происходящая на поверхности катализатора, такого как металл, ускоряется быстрее, чем нежелательные побочные процессы. Если целевая реакция протекает намного быстрее, чем любая другая побочная, то катализатор хорошо подходит для синтеза наиболее ценных продуктов. Но иногда даже незначительная примесь побочных продуктов может существенно загрязнить конечное соединение. К тому же, не во всех реакциях побочные процессы протекают значительно медленнее основных — иногда они даже сравнимы с ними по скорости.

Чтобы решить эти проблемы, ученые из Миннесотского и Делавэрского университетов, Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Массачусетского университета в Амхерсте разработали новый класс катализаторов, которые значительно ускоряют целевые химические реакции с помощью колебаний. Когда частота и амплитуда воздействующей волны совпадают с характеристиками целевой реакции, то она становится в тысячи раз быстрее всех побочных процессов.

«Все химические реакции имеют собственные частоты, как струны на пианино или гитаре, — рассказывает ведущий автор исследования и профессор кафедры химической инженерии и материаловедения в Миннесотском университете Пол Дауенхауэр. — Когда мы находим эту правильную частоту нужной реакции, то катализатор становится почти совершенным — расточительные побочные процессы почти полностью прекращаются».

Открытие имеет особое значение для производства ключевых химических веществ в энергетике, материаловедении, пищевой и медицинской промышленности. Наиболее важные химические вещества производятся в огромных промышленных масштабах, так что даже хорошо развитые катализаторы образуют некоторые побочные продукты, образуя тысячи тонн отходов в год. Теперь исследователи знают, как справиться с этим.