Metallokatalyyttejä

Metallokatalyyttejä ovat katalyytteja, joiden aktiivinen keskipiste on metalli tai metalliyhdiste. Ne voivat olla homogeenisiä, eli liuenneita reaktiomediaan, tai heterogeenisiä, jolloin aktiiviset metallit sijaitsevat kiinteän tuen pinnalla. Metallikatalyytit nopeuttavat kemiallisia reaktioita tarjoamalla vaihtoehtoisen reitin, joka alentaa aktivaatioenergiaa ja lisää haluttujen tuotteiden muodostumista.

Homogeeniset metallikatalyytit ovat yleisesti organomolekyylisiä metallokomplekseja, joiden ligandiden avulla voidaan säätää reaktiivisuutta, valikoivuutta ja joskus stereoselektiota. Tunnettuja esimerkkejä ovat palladiumkatalyytit Suzuki-, Heck- ja Negishi -kopplauksiin sekä hydroformylaatioon liittyvät järjestelmät. Heterogeeniset katalyytit koostuvat metalleista kiinteän tuen pinnalla tai nanopartikkeleina, ja niillä on usein etuja kuten helppo erottaminen ja kierrätys sekä soveltuvuus suurten määrien prosessointiin. Haasteina ovat kuitenkin pinnan muotoutuminen, aktiivisuuden ja selektiivisyyden menetykset sekä mahdollinen deaktiivio tai leaching.

Teollisuudessa metallikatalyyttejä käytetään laajasti: ammoniakki-synteesissä Haber-Bosch -prosessissa käytetään rauta-katalyyttejä, öljy- ja kemianteollisuudessa monissa hapetuksissa ja koplauksissa sekä isomerisaatioissa. Autokatalysaattoreissa puolestaan käytetään platinaa, palladiumia ja rhodiumia pakokaasujen puhdistuksessa.

Tutkimus keskittyy maapohjaisten metallien hyödyntämiseen, ligandisuunnitteluun sekä yksittäisten atomien katalyysin (single-atom catalysis) kehittämiseen. Kokeellista ja teoreettista ymmärrystä täydentävät moninaiset karakterisointi- ja kuvantamismenetelmät, kuten TEM, XPS ja XAS, joiden avulla voidaan tarkkailla aktiiviaineksen rakennetta ja mekanismeja.