Nano Design meets Organic Chemistry for Greener Catalysts
- Reference number
- FFL18-0282
- Project leader
- Messing, Maria
- Start and end dates
- 200401-250331
- Amount granted
- 12 000 000 SEK
- Administrative organization
- Lund University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
One of the seventeen sustainable development goals is concerned with sustainable consumption and production. Production of chemicals is responsible for 35 % of the worlds GDP and the most sustainable way of synthesizing chemicals is by heterogeneous catalysis. Heterogeneous catalysts are typically developed using a trial-and-error approach and consist of active metal nanoparticles on an oxide support. Heterogeneous catalysts are stable and have high recyclability but not always the same desired selectivity that can be obtained with homogeneous catalysts. The search for new catalysts with the combined properties of the homogeneous and heterogeneous catalyst has therefore gained attention in the past years, and the focus has mainly been on tailoring the properties of the catalytically active particles. The purpose of this research program is to combine nanoscale processing and organic chemistry to develop new types of rationally designed catalysts, where properties of both the catalytically active particles and the support are tailored. The designed catalysts will be evaluated for partial hydrogenation of alkynes, one of the most important industrial processes conducted on large scales for production of materials, binders, fragrances, and food supplements. To further rationally tailor the properties of the designed catalysts the knowledge of the atomic scale mechanisms behind the reactions will be increased by following the reactions in situ with ambient pressure XPS.
Popular science description
Visste du att utan kemiska processer för tillverkning av gödningsmedel hade vi inte kunnat producera tillräckligt med mat för att mätta jordens befolkning? Eller att vårt moderna sätt att lagra information inte hade funnits utan olika typer av kemikalier? Olika kemiska processer ligger bakom en oerhört stor del av vårt dagliga liv utan att vi alltid är speciellt medvetna om det. I mer än 80 % av all kemikalieframställning används så kallade katalysatorer vilket är substanser som används för att styra olika kemiska processer utan att själva förbrukas. Ju bättre katalysatorerna är desto mer miljövänliga kan de kemiska processerna bli vilket är ett krav i dagens strävan mot en allt mer hållbar utveckling av produkter. Det föreslagna forskningsprogrammet syftar till att ta fram en ny typ av förbättrad katalysator genom att använda en annan angreppspunkt än vad som är brukligt, nämligen avancerad processteknologi för att skräddarsy egenskaperna hos katalysatorn ner på atomär nivå. Dagens industriella katalysatorer framställs genom kemiska processer utan någon större möjlighet att styra egenskaperna hos katalysatorerna och man provar sig fram till man hittar den mest effektiva katalysatorn. Vårt unika tillvägagångssätt i det här forskningsprogrammet kommer istället vara att använda avancerade processmetoder för framställning av nanomaterial för att på ett rationellt sätt designa egenskaperna hos katalysatorn för att uppnå optimal katalytisk effekt. Våra preliminära resultat indikerar att det på detta sätt är möjligt att designa katalysatorer för en av de viktigaste processerna i dagens samhälle, som används för bland annat framställning av polymerbaserade material och vissa läkemedel, utan tillsats av giftigt bly men med en bibehållen hög katalytisk aktivitet. Syftet är nu att utveckla den här metoden att designa katalysatorer och verkligen påvisa att ändringar på atomär skala påverkar den katalytiska aktiviteten och funktionen hos katalysatorn. Vårt mål är också en ökad insikt i de mekanistiska processerna bakom reaktionen bland annat för att kunna förklara varför vår designade katalysator fungerar utan tillsatser av bly. Det föreslagna forskningsprogrammet har inte bara potential att bidra till framställningen av mer hållbara katalysatorer, vilket är i linje med dagens globala hållbarhetstänk, utan även att påvisa de synergistiska effekterna av ett tvärvetenskapligt samarbete för att skapa nya lösningar för de samhällsutmaningar vi står inför.