Свойства катализаторов: Общие свойства катализаторов

Содержание

Основные свойства катализаторов и факторы, влияющие на катализ.

Катализ – явление изменение скорости реакции в присутствии веществ-катализаторов

Катализатор – вещество, взаимодействующее с молекулами реагирующих в-в, изменяющее скорость хим. реакции и выделяющиеся на последующих стадиях в неизменном виде.

1. Катализаторы обладают избирательностью, т.е. способностью действовать ускоряюще только на определенную реакцию или группу реакций. Это особенно характерно для катализаторов-ферментов.

OH^─

Избирательное действие катализаторов зависит от соответствия между расстояниями атомов в молекуле и активными центрами на поверхности катализатора.

2. Количество катализатора гораздо меньше по сравнению с количеством реагирующих веществ. В производстве HNO₃ окислением NH₃ на 1 массовую часть катализатора превращается 10⁶ массовых частей исходного вещества.

3. Катализаторы снижают Eа.

Разложение H₂O₂ → H₂ + O₂ без катализатора идет с E_а= 75,312 кДж/моль; с катализатором «Pt коллоидная» E_аснижается до 48,953 кДж/моль, а с ферментом каталазой – до 23,012 кДж/моль.

4. Катализаторы увеличивают скорость прямой и обратной реакции, но K химического равновесия не изменяют. Т.е. — Kt не влияет на состояние ТД равновесия.

(Скорости р. увеличиваются в равной степени, быстрее устанавливается равновесие)

5. Катализаторы претерпевают изменения в процессе химического превращения, но в конце реакции выделяются в неизменном количестве и качестве.

6. Катализаторы увеличивают энтропию активации. Факторы, влияющие на катализ

0*. Природа катализатора и реагентов.

1. Температура повышает активность катализатора, а иногда меняет направление процесса.

Каждый катализатор имеет свою температуру, при которой его активность max.

Отклонение от этой температуры снижает его активность. Вот почему при некоторых экзотермических каталитических процессах необходимо отводить тепло. Особенно чувствительны к изменениям температуры ферменты – биологические катализаторы.

2. Давление влияет особенно на те процессы, которые идут с изменением объема. Некоторые реакции, идущие без уменьшения объема, увеличивают свою скорость при повышении давления. Это, очевидно, связано с увеличением числа эффективных столкновений.

3. Влияние растворителя, при этом большое значение имеет полярность молекул растворителя, под влиянием которой молекулы реагирующих веществ переходят в более активную ионизированную форму.

4. Степень дисперсности катализатора увеличивает поверхность раздела, но до определённого предела, т.к. увеличение степени дисперсности может привести к гомогенности (сильное увеличение дисперсности может уничтожить границу поверхности раздела).

5. Влияние активаторов и ингибиторов

Активаторы стимулируют активность катализатор, ингибиторы – угнетают

Гомогенный катализ

В гомогенном катализе катализатор и реагирующие вещества находятся в одной фазе.

Например: в растворах

Осн. механизм действия гомоген. катализатора – образование реакционноспособных промежуточных продуктов.

Снижение энергии активации с участием катализаторов по сравнению с некаталитической реакцией показана на рисунке.

k₁

Механизм каталитической реакции:

k₂

А + К АК

k₃

АК В + К

– Если скорость второй реакции больше, то общая скорость реакции определяется скоростью первой реакции; концентрация промежуточного вещества мала. Скорость реакции пропорциональна концентрации исходного вещества и катализатора.

– Если скорость первой реакции больше скорости второй, то общая скорость реакции определяется скоростью второй реакции; концентрация промежуточного вещества велика (практически связан весь катализатор). Вторая реакция не изменяет равновесия, установившегося по первой реакции.

Второй случай наиболее интересен в кинетическом отношении. Рассмотрим его более подробно!

Запишем константу равновесия для первого процесса:

здесь пренебрегают изменением концентрации исходного вещества за счет образования промежуточного вещества.

Найдем из этого отношения концентрацию :

Общая скорость химической реакции запишется следующим образом:

Из этого уравнения видно, что в одном случае скорость образования продукта реакции пропорциональна концентрации катализатора. В другом, должен наблюдаться в общем случае дробный порядок реакции.

Разберем предельные случаи:

, тогда

(сокращаем в дроби и остается только это)

Наблюдается нулевой порядок по реагирующему веществу. Это значит, что весь катализатор связался в промежуточный комплекс и скорость реакции определяется его количеством.

, тогда (весь числитель)

Наблюдается первый порядок по реагирующему веществу.

Могут встречаться и более сложные случаи. Например, если промежуточное вещество образуется из нескольких молекул реагирующего вещества и одной молекулы катализатора.

k₂

k₁

nA + K KnA

k₃

KnA B + K

Скорость реакции в этом случае запишется так:

здесь порядок может меняться от 0 до n.

Катализатор, их виды и свойства

Катализатор, их виды и свойства.

Поделиться в:

Катализатор – это химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не расходующееся в процессе реакции, и действующее повторно (неоднократно).

Катализатор (понятие и сущность)

Типы и виды катализаторов

Свойства катализаторов

Каталитические системы на основе катализаторов

Катализатор (понятие и сущность):

Катализатор – это химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не расходующееся в процессе реакции, и действующее повторно (неоднократно).

Катализаторы – это вещества, которые ускоряют химические реакции, но не входят в состав их конечных продуктов.

Катализаторы – это вещества, ускоряющие скорость химической реакции, которые могут участвовать в реакции, входить в состав промежуточных продуктов, но не входят в состав конечных продуктов реакции и после окончания реакции остаются неизменными.

Термин катализатор (от греч. katalysis – «ослабление», «разрушение») впервые ввел в 1835 г. шведский химик И. Берцелиус, который установил, что в присутствии определенных веществ скорость некоторых химических реакций существенно возрастает.

Соответственно химические реакции, протекающие в присутствии катализаторов, именуются каталитическими реакциями. А процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в присутствии веществ, называемых катализаторами, именуется катализом.

Различают положительный катализ и отрицательный катализ. Положительным называют катализ, при котором скорость реакции возрастает, отрицательным (ингибированием) – при котором она убывает.

Вещества, замедляющие химическую реакцию, именуются ингибиторами. Однако ингибиторы в отличие от катализаторов могут расходоваться в процессе химической реакции.

Все химические реакции в присутствии катализатора протекают быстрее, поскольку катализатор снижает энергию активации реакции.

В некоторых химических реакциях катализатор реагирует с одним или несколькими реагентами с образованием временного промежуточного продукта, который затем регенерирует исходный катализатор в циклическом процессе. Химическая реакция в таких случаях состоит из нескольких стадий:

X + K → XK,

Y + XK → XYK,

XYK → KZ,

KZ → K + Z,

где

X и Y – реагенты,

Z – конечный продукт химической реакции X и Y,

K – катализатор.

При этом общее уравнение реакции записывается как:

X + Y → Z.

В современном химическом производстве часто применяют каталитические системы из нескольких катализаторов, каждый из которых ускоряет разные стадии химической реакции.

Катализатор также может увеличивать скорость одной из стадий каталитического цикла, осуществляемого другим катализатором. Здесь имеет место «катализ катализа», или катализ второго уровня.

В настоящее время многие важнейшие химические производства, такие, как получение серной кислоты, аммиака, азотной кислоты, синтетического каучука, ряда полимеров и др., проводятся в присутствии катализаторов. Согласно оценкам, для производства 90 % всех коммерчески производимых химических продуктов на той или иной стадии процесса их изготовления использовались катализаторы.

Типы и виды катализаторов:

Катализаторы, как правило, подразделяются на гомогенные и гетерогенные.

Гомогенный катализатор – это катализатор, молекулы которого диспергированы (т.е. находятся) в одной и той же фазе (обычно в газообразной или жидкой), что и молекулы реагента.

Гетерогенный катализатор – это катализатор, молекулы которого находятся не в той же фазе, что и реагенты (которые обычно представляют собой газы или жидкости, адсорбированные на поверхности твердого катализатора). Гетерогенный катализатор образует самостоятельную фазу, отделённую границей раздела от фазы, в которой находятся реагирующие вещества – реагенты.

Действие гомогенного катализатора, как правило, связано с тем, что он вступает во взаимодействие с реагирующими веществами с образованием промежуточных соединений, что приводит к снижению энергии активации химической реакции. Впоследствии промежуточные вещества регенерируют исходный катализатор.

Гетерогенные катализаторы имеют, как правило, сильно развитую твердую поверхность, для чего их распределяют на инертном носителе (силикагель, оксид алюминия, активированный уголь и др.). Их действие основано на ускорении химической реакции на своей твердой поверхности (либо на плоской открытой поверхности, либо на краях кристалла, либо вследствие сочетания этих двух факторов). Поэтому активность гетерогенного катализатора зависит от величины и свойств его поверхности.

Типичными гомогенными катализаторами являются кислоты и основания. В качестве гетерогенных катализаторов применяются металлы, их оксиды и сульфиды.

Одни и те же химические реакции могут протекать как с гомогенными, так и с гетерогенными катализаторами. Для определенных химических реакций эффективны только определённые катализаторы.

В биохимических реакциях роль катализаторов выполняют ферменты, которые часто рассматриваются как третья – отдельная категория.

Соответственно классификации катализаторов положительный катализ подразделяют на три типа:

а) гомогенный катализ, когда реакционная смесь и катализатор находятся или в жидком или в газообразном состоянии;

б) гетерогенный катализ, когда катализатор находится в виде твердого вещества, а реагирующие соединения в виде раствора или газообразной смеси. Это наиболее распространенный тип катализа, осуществляемого, таким образом, на границе раздела двух фаз;

в) ферментативный катализ, когда катализатором служат сложные белковые образования, ускоряющие течение биологически важных реакций в организмах растительного и животного мира. Ферментативный катализ может быть как гомогенным, так и гетерогенным, но из-за специфических особенностей действия ферментов целесообразно выделение этого вида катализа в самостоятельную область.

Свойства катализаторов:

Катализаторы как вещества, ускоряющие химические реакции, обладают следующими свойствами:

– каталитической активностью. Каталитическая активность – это свойство катализатора ускорять химическую реакцию. Формально каталитическую активность можно определить как скорость каталитической реакции в данных условиях за вычетом скорости той же реакции в отсутствие катализатора или как соотношение скоростей каталитической и некаталитической реакций;

– селективностью. Селективность – это способность протекания химической реакции в определённом направлении, то есть свойство получать те продукты реакции, на которые направлена химическая реакция;

– неизменностью. Неизменность означает, что после участия в химической реакции они (катализаторы) остаются химически неизменными;

– активностью. Активность катализатора в процессе реакции может понижаться вследствие воздействия на катализатор вредных примесей. К последним относятся каталитические яды и ингибиторы. Каталитические яды – это вещества, вызывающие «отравление» катализатора, т. е. снижающие его каталитическую активность или полностью прекращающие каталитическое действие. Поэтому важно в процессе реакции исключить воздействие на катализатор вредных факторов.

Другими немаловажными свойствами катализаторов являются твердость, механическая прочность, устойчивость к истиранию и дроблению, срок службы, устойчивость к отравлению каталитическими ядами, размер и форма, масса единицы объема, пористость, удельная поверхность, термостойкость и стабильность.

Каталитические системы на основе катализаторов:

Современные промышленные твердые катализаторы обычно представляют собой сложные смеси, называемые контактными массами. В состав контактных масс входят прежде всего вещества, являющиеся собственно катализаторами, а также носители и активаторы.

Активаторы (промоторы) – это вещества, добавляемые к катализатору в небольших количествах с целью улучшения его свойств, таких, как активность, селективность или стабильность, которые сами по себе могут быть неактивными для данной реакции, но значительно улучшают свойства катализатора. Поэтому деление на сложные и активированные катализаторы носит лишь ориентировочный характер.

Улучшение свойств катализатора при добавлении промотора (активатора) значительно превосходит тот эффект, который можно было бы получить в результате независимого действия самого промотора, т.к. сам промотор может и не обладать каталитической активностью.

В общем случае по своему целевому назначению промоторы могут быть разделены на две группы:

– способствующие протеканию целевой реакции, т. е. увеличивающие активность катализатора;

– подавляющие нежелательные процессы, т. е. увеличивающие селективность катализатора.

Среди промоторов первой группы различают структурообразующие и активирующие. Структурообразующие промоторы, как правило, представляют собой инертные вещества, присутствующие в катализаторе в виде мелких частиц, препятствующих спеканию частиц активной каталитической фазы, что предотвращает уменьшение активной поверхности во время работы катализатора. Активирующие промоторы могут создавать дополнительные активные центры, воздействовать на электронную структуру активной фазы и т.п.

Носители – это прочные пористые термостойкие материалы, на которые осаждением, пропитыванием или другими методами наносят катализатор. При нанесении каталитических веществ на пористый носитель достигается их тонкое диспергирование, создаются большие удельные поверхности при размерах пор, близких к оптимальным, и увеличивается термостойкость катализатора, поскольку затруднено спекание его кристалликов, разобщенных на поверхности носителя. При таком методе нанесения достигается экономия дорогих катализаторов, например платины, палладия, серебра.

Носитель, как правило, влияет на активность катализатора, таким образом, нет точной границы между понятием активатор и носитель. Наиболее часто в качестве носителей применяют оксид алюминия, силикагель, синтетические алюмосиликаты, каолин, пемзу, асбест, различные соли, уголь.

Коэффициент востребованности 6 338

Катализ | Химия, классификация и химические реакции

наночастицы: перекись водорода

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:: Йонс Якоб Берцелиус Вильгельм Оствальд Сидни Альтман Томас Роберт Чех Ричард Ф. Хек

Похожие темы:: кислотно-щелочной катализ каталитический яд промоутер асимметричный органокатализ гетерогенный катализ

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

катализ , в химии изменение скорости химической реакции, обычно ускорение, путем добавления вещества, не израсходованного в ходе реакции. Скорость химических реакций, то есть скорость, с которой они происходят, зависит от ряда факторов, включая химическую природу реагирующих частиц и внешние условия, которым они подвергаются. Особым явлением, связанным со скоростями химических реакций и представляющим большой теоретический и практический интерес, является катализ — ускорение химических реакций веществами, не расходующимися в самих реакциях, — веществами, называемыми катализаторами. Изучение катализа представляет теоретический интерес из-за того, что оно раскрывает фундаментальную природу химических реакций; на практике изучение катализа важно, потому что успех многих промышленных процессов зависит от катализаторов. По сути, своеобразный феномен жизни вряд ли был бы возможен без биологических катализаторов, называемых ферментами.

В катализируемой реакции катализатор обычно вступает в химическое соединение с реагентами, но в конечном итоге регенерируется, поэтому количество катализатора остается неизменным. Поскольку катализатор не расходуется, каждая молекула катализатора может вызывать превращение многих молекул реагентов. Для активного катализатора число молекул, преобразуемых в минуту одной молекулой катализатора, может достигать нескольких миллионов.

Если данное вещество или комбинация веществ подвергается двум или более одновременным реакциям, в результате которых образуются разные продукты, на распределение продуктов может влиять использование катализатора, который избирательно ускоряет одну реакцию по сравнению с другой(ями). Путем выбора подходящего катализатора можно заставить протекать конкретную реакцию, практически исключая другую. Многие важные приложения катализа основаны на селективности такого рода.

Поскольку обратная химическая реакция может протекать путем обращения стадий, составляющих механизм прямой реакции, катализатор данной реакции ускоряет реакцию в обоих направлениях одинаково. Следовательно, катализатор не влияет на положение равновесия химической реакции; оно влияет только на скорость достижения равновесия. Очевидными исключениями из этого обобщения являются те реакции, в которых один из продуктов также является катализатором реакции. Такие реакции называются автокаталитическими.

Известны также случаи, когда добавление постороннего вещества, называемого ингибитором, снижает скорость химической реакции. Это явление, правильно называемое торможением или замедлением, иногда называют отрицательным катализом. Концентрации ингибитора в некоторых случаях могут быть намного ниже концентраций реагентов. Ингибирование может быть следствием (1) уменьшения концентрации одного из реагентов из-за образования комплекса между реагентом и ингибитором, (2) уменьшения концентрации активного катализатора («отравление» катализатора) из-за комплексообразование между катализатором и ингибитором или (3) прекращение цепной реакции из-за разрушения носителей цепи ингибитором.

Термин катализ (от греческого kata- «вниз» и lyein «ослаблять») был впервые использован великим шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом в 1835 году для сопоставления группы наблюдений, сделанных другие химики в конце 18 — начале 19 вв. К ним относятся усиленное превращение крахмала в сахар кислотами, впервые обнаруженное Готлибом Сигизмундом Константином Кирхгофом; Наблюдения сэра Хамфри Дэви о том, что платина ускоряет сгорание различных газов; открытие устойчивости пероксида водорода в кислом растворе, но его разложения в присутствии щелочи и таких металлов, как марганец, серебро, платина, золото; и наблюдение, что окисление спирта в уксусную кислоту происходит в присутствии мелкоизмельченной платины. Агенты, способствующие этим различным реакциям, были названы катализаторами, и Берцелиус постулировал, что в таких процессах действует особая неизвестная каталитическая сила.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

В 1834 году английский ученый Майкл Фарадей исследовал способность платиновой пластины осуществлять рекомбинацию газообразного водорода и кислорода (продуктов электролиза воды) и замедление этой рекомбинации присутствием других газов, таких как как этилен и окись углерода. Фарадей утверждал, что для активности необходима совершенно чистая металлическая поверхность (на которой замедляющие газы могут конкурировать с реагирующими газами и таким образом подавлять активность), концепция, которая, как позже будет показано, в целом важна для катализа.

Многие из примитивных технических искусств включали бессознательное применение катализа. Ферментация вина до уксусной кислоты и производство мыла из жиров и щелочей были хорошо известны в ранней истории человека. Серная кислота, полученная путем сжигания смесей серы и селитры (нитрата натрия), была ранним предшественником свинцово-камерного процесса производства серной кислоты, в котором окисление диоксида серы ускорялось за счет добавления оксидов азота. (Механизм последнего процесса был предложен сэром Хамфри Дэви в 1812 году на основе экспериментов, проведенных другими.)

В 1850 году при изучении гидролиза или инверсии тростникового сахара было разработано понятие скорости реакции. Термин инверсия относится к изменению вращения, которому подвергается монохроматический свет, когда он проходит через реакционную систему, параметр, который легко измерить, тем самым облегчая изучение реакции. Было обнаружено, что в любой момент скорость инверсии была пропорциональна количеству тростникового сахара, претерпевающего превращение, и что скорость ускорялась в присутствии кислот. (Позже было показано, что скорость инверсии прямо пропорциональна силе кислоты.) Эта работа была отчасти предшественницей более поздних исследований скорости реакции и ускоряющего влияния более высокой температуры на эту скорость, проведенных Дж. ван ’т Хофф, Сванте Аррениус и Вильгельм Оствальд, все они сыграли ведущую роль в развивающейся науке физической химии. Работа Оствальда по скорости реакции привела его в0s для определения катализаторов как веществ, которые изменяют скорость данной химической реакции без изменения энергетических факторов реакции.

Это утверждение Оствальда было памятным достижением, поскольку оно подразумевало, что катализаторы не меняют положение равновесия в реакции. В 1877 году Жорж Лемуан показал, что разложение иодистоводородной кислоты на водород и йод достигает одной и той же точки равновесия при 350°C (660°F), 19%, независимо от того, протекает ли реакция быстро в присутствии платиновой губки или медленно в присутствии платиновой губки. газовая фаза. Это наблюдение имеет важное следствие: катализатор прямого процесса в реакции является также катализатором и обратной реакции. П.Э.М. Бертло, выдающийся французский химик, подтвердил это наблюдение в 1879 г.с жидкими системами, когда он обнаружил, что реакция органических кислот и спиртов, называемая этерификацией, катализируется присутствием небольших количеств сильной неорганической кислоты, как и обратный процесс, гидролиз сложных эфиров (реакция между эфиром и вода).

Преднамеренное применение катализаторов в промышленных процессах было предпринято в 19 веке. П. Филипс, английский химик, запатентовал использование платины для окисления сернистого газа воздухом до трехокиси серы. Его процесс использовался какое-то время, но от него отказались из-за потери активности платиновым катализатором. Впоследствии было обнаружено, что причиной являются яды в реагентах, и на рубеже 20-го века этот процесс стал техническим успехом. В 1871 г. был разработан промышленный способ окисления соляной кислоты в хлор в присутствии солей меди, пропитанных глиняным кирпичом. Полученный хлор использовали для производства хлорной извести (сухого вещества, выделяющего хлор при обработке кислотой) путем реакции с известью. Опять же, в этой реакции наблюдалось, что одинаковое равновесие достигается в обоих направлениях. Кроме того, оказалось, что чем ниже температура, тем больше равновесное содержание хлора; рабочая температура 450 ° C (840 ° F) производила максимальное количество хлора за удобное время.

К концу 19 века были проведены классические исследования выдающегося французского химика Поля Сабатье по взаимодействию водорода с самыми разнообразными органическими соединениями с использованием различных металлических катализаторов; это исследование привело к разработке немецкого патента на гидрогенизацию жидких ненасыщенных жиров в твердые насыщенные жиры с никелевыми катализаторами. Развитие трех важных немецких каталитических процессов оказало большое влияние на промышленность в конце 19 века и в первые десятилетия 20 века. Одним из них был так называемый контактный процесс получения серной кислоты каталитическим путем из двуокиси серы, полученной при плавке. Другим был каталитический метод синтетического производства ценного красителя индиго. Третьим было каталитическое сочетание азота и водорода для производства аммиака — процесс Габера-Боша для фиксации азота, разработанный химиками Фрицем Габером и Карлом Бошем.

Как найти несколько хороших катализаторов

Материалы с хорошими смачивающими свойствами, как показано слева, где капли растекаются плоско, обычно имеют прикрепленные к поверхности гидроксильные группы, что снижает каталитическую активность. Материалы, которые отталкивают воду, как показано справа, где капли образуют резкие, крутые границы, в большей степени способствуют каталитической активности, о чем свидетельствуют реакции между небольшими оранжевыми молекулами. Фото: Xiao Renshaw Wang

На поверхности материалов происходят два ключевых физических явления: катализ и смачивание. Катализатор увеличивает скорость химических реакций; смачивание относится к тому, как жидкости распространяются по поверхности.

Теперь исследователи из Массачусетского технологического института и других институтов обнаружили, что эти два процесса, которые раньше считались несвязанными, на самом деле тесно связаны. Открытие может облегчить поиск новых катализаторов для конкретных приложений, среди других потенциальных преимуществ.

«Что действительно интересно, так это то, что мы смогли связать взаимодействие воды и оксидов на атомном уровне на поверхности с макроскопическими измерениями смачивания, независимо от того, является ли поверхность гидрофобной или гидрофильной, и напрямую связать это с каталитическими свойствами», — говорит Ян Шао-Хорн, W.M. Кек, профессор энергетики в Массачусетском технологическом институте и старший автор статьи, описывающей результаты Журнал физической химии C . Исследование было сосредоточено на классе оксидов, называемых перовскитами, которые представляют интерес для таких приложений, как обнаружение газов, очистка воды, батареи и топливные элементы.

Поскольку определить смачиваемость поверхности «тривиально просто», говорит старший автор Крипа Варанаси, адъюнкт-профессор машиностроения, теперь это определение можно использовать для прогнозирования пригодности материала в качестве катализатора. Поскольку исследователи, как правило, специализируются либо на смачиваемости, либо на катализе, это создает основу для совместной работы исследователей в обеих областях для углубления понимания, говорит Варанаси, чьи исследования сосредоточены в основном на смачиваемости; Шао-Хорн — эксперт по каталитическим реакциям.

«Мы показываем, как связаны смачивание и катализ, которые являются поверхностными явлениями, — говорит Варанаси, — и как электронная структура формирует связь между ними».

Хотя оба эффекта важны в различных промышленных процессах и были предметом многих эмпирических исследований, «на молекулярном уровне мы очень мало понимаем, что происходит на границе раздела», — говорит Шао-Хорн. «Это шаг вперед, обеспечивающий понимание на молекулярном уровне».

«Это в первую очередь экспериментальная техника», которая сделала возможным новое понимание, — объясняет Келси Стоерзингер, аспирант Массачусетского технологического института и ведущий автор статьи. В то время как в большинстве попыток изучения такой науки о поверхности используются инструменты, требующие вакуума, эта команда использовала устройство, которое могло изучать реакции во влажном воздухе, при комнатной температуре и с различной степенью присутствия водяного пара. По ее словам, эксперименты с использованием этой системы, называемые рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией при атмосферном давлении, показали, что реакция с водой является ключом ко всему процессу.

Молекулы воды распадаются, образуя гидроксильные группы — атом кислорода, связанный с атомом водорода, — связанные с поверхностью материала. Эти химически активные соединения, в свою очередь, отвечают за повышение смачивающих свойств поверхности, одновременно подавляя ее способность катализировать химические реакции. Таким образом, для приложений, требующих высокой каталитической активности, команда обнаружила, что ключевым требованием является то, чтобы поверхность была гидрофобной или несмачивающей.

«В идеале это понимание помогает нам разрабатывать новые катализаторы, — говорит Штёрцингер. Если данный материал «имеет более низкое сродство к воде, он имеет более высокое сродство к каталитической активности».

Шао-Хорн отмечает, что это первоначальный вывод, и что «распространение этих тенденций на более широкие классы материалов и диапазоны сродства к гидроксилам требует дальнейшего изучения».