Nanodesign möter Organsik Kemi för Grönare Katalysatorer
- Diarienummer
- FFL18-0282
- Projektledare
- Messing, Maria
- Start- och slutdatum
- 200401-250331
- Beviljat belopp
- 12 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Lund University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Ett av FNs sjutton hållbarhetsmål handlar om hållbar konsumtion och produktion. Produktion av kemikalier står för 35 % av världens BNP och det mest hållbara sättet att framställa kemikalier är via heterogen katalys. Heterogena katalysatorer består av aktiva metallpartiklar på en oxidsupport och framställningen av dessa görs inte alltid på ett rationellt sätt. Heterogena katalysatorer är stabila och återvinningsbara men de kan inte alltid uppnå samma selektivitet som kan fås med homogena katalysatorer. Under de senaste åren har uppmärksamhet därför riktats mot framställning av en ny katalysator med de bästa egenskaperna från både homogena och heterogena katalysatorer. Fokus har främst legat på att försöka skräddarsy egenskaperna hos de aktiva partiklarna. Syftet med det här forskningsprogrammet är att kombinera nanoteknikbaserade tillverkningsmetoder med organisk kemi för att utveckla en ny typ av designade katalysatorer med skräddarsydda egenskaper både hos partiklarna och deras support. De designade katalysatorerna kommer utvärderas med avseende på partiell hydrogenering av alkyner, en av de allra viktigaste industriella processerna som utförs i stor skala för att producera material, bindemedel, dofter och kosttillskott. För att ytterligare rationalisera designen av katalysatorernas egenskaper kommer den kemiska reaktionen följas med hjälp av högtrycks-XPS för att öka förståelsen av reaktionernas bakomliggande atomära mekanismer.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.