oksidointikatalyytoria

Oksidointikatalyytorit ovat katalyyttejä, jotka nopeuttavat oksidointireaktioita, joissa substraatti oksidoituu hapen vaikutuksesta tai toisesta oksidanttista lähteestä. Ne voivat olla heterogeenisiä (kiinteässä faasissa, usein tukea vasten) tai homogeenisiä (liuoksessa toimivia). Heterogeenisissa järjestelmissä aktiivinen pinta koostuu usein jalometalleista, kuten Pt, Pd ja Rh, sekä erilaisista oksideista (esim. vanadiini-, molybdeeni- ja mangaanioksidit) ja tukikomposiitoista.

Oksidointikatalyytorien toimintaperiaatteet koostuvat usein kahdesta mekanismista. Mars-van Krevelenin mekanismissa katalyytti luovuttaa lattice-oksidia substraatin oksidoinnissa ja palautuu hapettuneessa tilassa; hapetus uudelleen tapahtuu ilmasta saatavalla hapella. Langmuir-Hinshelwood-mekanismin mukaan sekä substraatti että hapen molekyylit adsorboituvat pinnalle ja reaktio tapahtuu pinnalla. Eri katalyytteillä on erilaisia määrääviä aspekteja, kuten aktiivinen pinta-alue, tukimateriaalin vaikutus sekä reaktiossa kulkevat sidokset.

Käytännön sovelluksissa oksidointikatalyyttejä käytetään laajasti teollisissa prosesseissa sekä ympäristön- ja autoalan sovelluksissa. Esimerkkejä ovat vanadiinipitoiset katalyytit rikkihapon tuotannon yhteydessä (SO2 hapetetaan SO3:ksi) sekä hopeapohjaiset katalyytit eteenpäin tapahtuvaan etyleenoksidaatioon. Autokäytössä kolmiainesakkeli (Pt-Pd-Rh) on yleinen nykyisissä katalysaattoreissa rikkakasvupäästöjen pienentämiseksi. Ympäristökäytössä inhiboivat tekijät, kuten rikkivalvonnat ja hiilen kertymä, voivat heikentää toimintaa.

Oksidointikatalyyttejä tutkitaan aktiivisuuden, valikoivuuden ja kestävyyden näkökulmasta sekä karakterisoidaan tekniikoilla kuten BET-heijastus, XRD, TEM, XPS ja chemisorptio-metodit. Kestävien, edullisten materiaalien kehittäminen on keskeinen tavoite, erityisesti ympäristöystävällisten ja energiatehokkaiden prosessien saavuttamiseksi.