Изследванията върху едноатомния катализ от Джан Тао и неговия екип получават първата награда на Държавната награда за естествени науки в Пекин в сряда. [Photo provided to chinadaily.com.cn]
Като невидими двигатели на съвременната химия, катализаторите спомагат за производството на бензин, който задвижва колите, торове, които отглеждат храна и полимери, използвани за направата на дрехи – което ги прави незаменими за съвременния живот.
Повече от век обаче химическата индустрия се бори със скъпоструваща неефективност: нейните най-ефективни катализатори разчитат на редки и скъпи благородни метали като платина и паладий, които са дори по-скъпи от златото. Традиционните промишлени процеси използват тези метали като наночастици или клъстери, оставяйки до 95 процента от металните атоми заровени и недостъпни за реагентите, което силно ограничава ефективността.
След десетилетия на изследвания за справяне с това предизвикателство, академик Джан Тао и неговият екип предложиха концепцията за едноатомна катализа през 2011 г., при която отделни метални атоми са изолирани и разпръснати върху опора, като всеки атом служи като независим активен център. Подходът повишава атомното използване от само няколко процента до почти 100 процента.
Пробивът, демонстриран за първи път с метали от платиновата група и по-късно разширен до повече от 40 елемента в периодичната таблица, получи първата награда на Държавната награда за природни науки в Пекин в сряда като признание за фундаменталната му роля в преформатирането на областта на катализата.
„Определящата характеристика на едноатомната катализа е нейната способност да усъвършенства нашето разбиране за каталитично активните места – където реагентите се трансформират в продукти – от конвенционалния микро- и наномащаб до атомен мащаб“, каза Джан, член на Китайската академия на науките и професор в Далианския институт по химическа физика, CAS.
„Чрез теоретични изследвания ние не само разработихме причините за стабилността и динамиката на едноатомните катализатори, но също така очертахме ролята им в регулирането на химичните реакции“, каза Ли Джун, член на екипа, който също е член на CAS и професор в университета Цинхуа.
„Това трансформира нашето разбиране от сляпо „пържене в черна кутия“ до рационално проектиране на каталитични процеси“, каза Ли.
Джан каза, че механистичното разбиране има широка приложимост, стимулирайки глобалния интерес към превеждането на концепцията в индустриални приложения, вариращи от фармацевтичното производство до производството на фини химикали. Хиляди изследователски групи от близо 100 държави и региони са публикували повече от 20 000 статии по темата.
„Това не е просто академично занимание, а стратегически отговор на националните нужди“, каза Джан. „Осигуряването на независим контрол върху основните каталитични технологии е жизненоважно за нашата енергийна сигурност и химическата индустрия.“