Katalyyteillä

Katalyyteillä tarkoitetaan aineita, jotka nopeuttavat kemiallisia reaktioita ilman, että itse katalyytti kuluu loppuun. Ne tarjoavat reaktiolle vaihtoehtoisen polun, jolla aktivaatienergia on pienempi, jolloin reaktio etenee nopeammin. Katalyyttien vaikutus voi olla sekä reaktion nopeuden lisäystä että tuotteen valikoivaa muodostumista, riippuen reaktiosta ja katalyytistä. Kalsium ja lämpötila voivat vaikuttaa sekä katalyytin aktiivisuuteen että sen kestävyyteen.

Katalyyttien luokitus perustuu faasien eroon: homogeeniset katalyytit ovat tuotteen kanssa samassa faasissa, yleensä nesteessä tai kaasussa, kun taas heterogeeniset katalyytit ovat eri faasissa, usein kiinteän materiaalin pinnalla. Biokatalyytit, kuten entsyymit, ovat biologisia katalyyttejä, jotka toimivat tarkasti määritellyn substraatin kanssa. Kestävyyden ja kustannusten vuoksi katalyyttejä voidaan tukea (promoterit), muokata nano- tai pintastruktuureiltaan sekä valmistaa kierrätettävistä materiaaleista.

Mekanismin tasolla katalyytit toimivat usein sitoutumalla reagoiviin aineisiin, sallien niiden reagoida pinnedopitettujen reaktiotuotteiden kanssa ja samalla desorboitua takaisinkalvoonsa. Tunnettuja mekanismeja ovat Langmuir-Hinshelwood ja Eley-Rideal -periaatteet, jotka kuvaavat, miten reagoivat molekyylit löytävät toisensa katalyytin pinnalla. Tyypillisiä sovelluksia ovat teollinen ammoniakkí tuotanto (rauhkinen rauta-katalyytti), rikkihapposprosessi (V2O5), katalyyttiset konvertterit auton päästöjen vähentämiseksi sekä hyödyntäminen öljynjalostuksessa ja kemianteollisuudessa.

Käytännössä katalyyttien valinta ja kehitys huomioivat aktiivisuus, valinta-, kestävyyys- ja taloudelliset tekijät. Katalyyttien käytössä kiertotalous ja vihreä kemia korostuvat, sillä ne voivat pienentää energiankulutusta ja jätetuotantoa sekä pienentää materiaalien tarvetta. Katalyyttien tutkimus kattaa sekä perusvasteen ymmärryksen että sovellukselliset, käytännön ratkaisut.