Nanokatalyyttien

Nanokatalyytit ovat katalyyttejä, joiden toimintakoko ja aktiiviset pinnat ovat nano- tai submikroskooppisella tasolla. Ne voivat olla heterogeenisiä tai harvoin homogeenisiä, ja ne koostuvat nanopartikkeleista, nanorakenteista sekä core–shell-rakenteista, kuten nanoskaaloista ja nanotubeista. Yleisimmät materiaalit ovat jalometalleja kuten Pt, Au ja Ag sekä epäjalometalleja kuten TiO2, ZnO ja Fe3O4. Nanokatalyyttien etu on korkea pintapinta-ala, joka lisää aktiivisten paikkojen määrää, sekä koon ja muodon tuomat vaikutukset katalyyttiseen aktiivisuuteen ja reaktiomekanismeihin. Koko, muoto ja tukimateriaali voivat vaikuttaa sekä aktiivisuuteen että stabiiliuteen ja kestävyyteen.

Syntetisoimisessa käytetään useita menetelmiä, kuten kemiallisia redox-reaktioita, sol-gel-, hydrotermisiä prosesseja sekä biosynteesiä. Muotoilu mahdollistaa koon hallinnan, rakenteen yksityiskohdat sekä pinta-alueiden ja sidosten optimoinnin, mikä on tärkeää paino- ja kestävyyden kannalta.

Sovellukset kattavat ympäristö- ja energia-aloja: fotokatalyysi epäpuhtauksien hajoittamiseksi valon avulla (esim. TiO2-nanopartikkeleiden käyttö), elektro- ja katalyyttiset sovellukset polttoaineiden tuotannossa sekä kemiallisten reaktioiden hioutuminen ja kierrätys. Nanokatalyyttejä tutkitaan myös kiertotalouden ja kestävän kehityksen tavoitteiden kannalta.

Haasteisiin kuuluvat stabiilisuus ja hajoamisen esto, leaching, toksisuus ja ympäristövaikutukset sekä skaalautuvuus. Tutkimus etenee koon, rakenteen ja atomitasoisen kontrollin kehittämisessä sekä single-atom-katalyytteihin.