katalyyttijärjestelmät

Katalyyttijärjestelmät ovat reaktiojärjestelmiä, joissa katalyytti nopeuttaa kemiallista muuntumista ilman, että se kuluu kulloisessakaan käytössä. Katalyytti sallii reaktion tapahtuvan suuremmassa nopeudessa, usein alhaisemmissa lämpötiloissa tai paineissa, ja palautuu aktiiviseen tilaan kiertoon. Tämä mahdollistaa suuremman tuottavuuden ja paremman valikoivuuden.

Järjestelmät voidaan jakaa homogeenisiin, heterogeenisiin sekä biokatalyyttisiin (entsyymipohjaisiin) järjestelmiin. Homogeenisessa järjestelmässä katalyytti ja substraatit ovat samassa faasissa, yleensä liuoksessa. Heterogeenisessa järjestelmässä katalyytti sijaitsee eri faasissa kuin substraatit, usein kiinteän tuen päällä. Biokatalyyteissä toimivat entsyymit, jotka katalysoivat reaktioita biologisessa ympäristössä tai sen kaltaisissa olosuhteissa. Lisäksi on kehitetty hybridi- ja kiinnitettyjä järjestelmiä, joissa katalyytti on liitetty tukemaan tai toiseen faasiin.

Katalyyttisen kierron perusidea on, että katalyytti osallistuu aktivoitumisvaiheeseen, sitoo substraatit, muuttaa ne kemiallisesti ja vapauttaa tuotteet sekä palaa lopuksi aktiiviseen tilaansa. Tehokkuutta mitataan usein kierrosten määrällä (TON) sekä kierrosten taajuudella (TOF); valikoivuutta voidaan arvioida tuotevalikoiman mukaan. Kestävyyttä kuvaavat katalyytin stabiilisuus ja kyky toimia pitkään ilman merkittävää deaktiivumista.

Käytännön sovelluksia ovat öljy- ja kemianteollisuuden prosessit, pien- ja suurtaajuiset synteesit sekä ympäristö- ja energiakäytöt. Katalyyttijärjestelmien kehittäminen tähtää pienempiin energiatarpeisiin, parempaan valikoivuuteen ja suurempaan kestävyyteen sekä vähäisempään ympäristöjalanjälkeen. Haasteita ovat katalyyttien stabiilius, saasteiden vaikutus, sekä laajojen ja monimutkaisten reaktioiden hallinta.