Katalysointi

Katalysointi on kemiallinen prosessi, jossa reaktionopeutta nopeutetaan katalyytin vaikutuksesta. Katalyytti on aine, joka osallistuu reaktioon mutta säilyy käytännössä kemiallisesti muuttumattomana loppuun asti, joten sitä voidaan käyttää useita kertoja. Tämän seurauksena sama reaktio etenee huomattavasti nopeammin kuin ilman katalyyttiä.

Katalyysit voidaan jakaa pääasiallisesti homogeenisiin, heterogeenisiin ja biokatalyysiin. Homogeeninen katalyytti on liuoksessa samaa faasia kuin reagoivat aineet; heterogeeninen katalyytti on eri faasia ja usein kiinteä, jolloin reaktio tapahtuu sen pinnalla. Biokatalyysissä katalyytteinä toimivat entsyymit tai muut biologiset molekyylit.

Katalyysin toiminta riippuu usein adsorptiossa ja reaktiomekanismeissa. Molekyylit sitoutuvat katalyytin pinnalle, reaktiot tapahtuvat siellä ja katalyytti palautuu alkuperäiseen tilaan. Kinetiikassa käytetään usein käsitteitä kuten aktivaatioenergia ja toimintanopeus. Katalyytit voivat olla hyvin tarkasti valikoivia, mikä mahdollistaa tarkan tuotteen syntymisen ja pienemmät sivutuotteet.

Käytännön esimerkkejä ovat teollisuuden prosessit kuten ammoniakin valmistus Haber–Bosch -tapahtumassa, hiilivetyjen jalostus sekä auton pakokaasujen katalysaattorit, jotka vähentävät CO:n, HC:n ja NOx-päästöjä. Katalyyttien avulla voidaan parantaa energiatehokkuutta, vähentää jätettä ja mahdollistaa haluttujen yhdisteiden muodostuminen.

Tutkimus ja kehitys tähtäävät parempiin ja kestävämpiin katalyyttisiin ratkaisuin: nanostrukturoituja materiaaleja, kiinteitä tukia, sekä fotokatalyysin ja elektrokatalyysin sovelluksia sekä biokatalyyttejä. Katalyysi on keskeinen osa kestävää kemiaa, koska se voi pienentää energian kulutusta ja sivutuotteita, mutta katalyyttejä on suojeltava ennenaikaiselta kulumiselta ja myrkytykseltä.