Kataliza jest zjawiskiem, dzięki któremu przyspieszana lub spowalniana jest szybkość reakcji chemicznej. Zachodzi ono wskutek obecności niewielkiej ilości katalizatora, który sam nie ulega trwałym przekształceniom podczas reakcji. Kataliza jest bardzo ważna pod wieloma względami. Wykorzystywana jest w produkcji amoniaku, kwasu siarkowego, podczas przetwarzania ropy naftowej lub w produkcji tworzyw sztucznych. Co więcej, z katalizą mamy do czynienia w procesach życiowych – tutaj jest ona efektem działania enzymów.
Czytaj też: Metan zamieniony w metanol. Święty Graal katalizy odnaleziony
Jak więc widzimy, wiele związków chemicznych pełni rolę katalizatorów (w tym wspomniane enzymy). Kataliza enzymatyczna jest częstym przedmiotem badań chemików, zwłaszcza naprzemienne przyspieszanie i spowalnianie reakcji chemicznych. Syntetyczne katalizatory niestety jeszcze nie są w stanie działać z taką skutecznością jak ich naturalne odpowiedniki. Wobec tego raz po raz próbuje się opracowywać nowe metody na kontrolę tego chemicznego „włącznika światła”.
Regulacja katalizy za pomocą światła? Na taki pomysł wpadli uczeni z PAN
Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk pod kierownictwem prof. Volodymyra Sashuka proponują bardzo łatwy sposób na kontrolę nad procesami katalizy. Wystarczy do tego użyć światła. Swoim nowatorskim pomysłem badacze dzielą się na łamach czasopisma ACS Catalysis.
Czytaj też: Polacy odkryli nowy sposób na perowskity. To nasi wybawią od trujących chemikaliów
Regulacja szybkości reakcji typowej dla enzymów za pomocą światła okazała się bardzo skutecznym rozwiązaniem. Dzięki tej metodzie katalizator w ogóle nie ulega degradacji. Wszystko polega na tym, że kataliza jest kontrolowana wskutek ukrycia katalizatora w organicznej monowarstwie, która otacza powierzchnię większej nieorganicznej nanocząstki – tłumaczy prof. Volodymyr Sashuk cytowany w komunikacie prasowym PAN.
Ukrycie katalizatora sprawia, że można osiągnąć całkowite zahamowanie aktywności katalitycznej. Przełączanie reakcji za pomocą nanostrukturalnego materiału jest możliwe dzięki stosowaniu określonej długości fali. To wszystko działa niczym „włącznik światła”. Materiał oparto na nanocząstkach złota (Au Nps) o wielkości w przybliżeniu 3 nanometrów, które udekorowano na powierzchni organometalicznymi kompleksami rutenu na bazie N-heterocyklicznego karbenu (NHC) przy pomocy silnych wiązań Au-S pomiędzy Au Nps i ligandami tiolowymi. Co ważne, opisany układ jest światłoczuły w określonych zakresach światła.
Czytaj też: Magazynowanie energii ma nowy wymiar. Polacy wykorzystali konkretny związek
Podstawową zaletą zaproponowanej metody jest to, że pozwala ona na sprawną i szybką kontrolę katalizatora bez dodatkowych chemikaliów. Fotoindukowana regulacja katalizy może być zaczynem dla powstania nowych, lepszych katalizatorów. Te natomiast mogłyby znaleźć zastosowanie w wielu sektorach przemysłu. Badania uczonych z IChF PAN zostały sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki.