Các nhà khoa học tại Trường Đại học Toronto đã tìm ra một phương thức xúc tác có chọn lọc, trong đó, các chất xúc tác được sử dụng để thúc đẩy phản ứng hóa phá vỡ liên kết hóa học nhanh gấp 100 lần các phương pháp khác.
Ảnh minh họa
Nhóm nghiên cứu do GS. John Polanyi, người giành giải thưởng Nobel hóa học năm 1986 dẫn đầu, đã sử dụng kết hợp thí nghiệm và lý thuyết để khám phá ra rằng vị trí của phân tử trên bề mặt xúc tác là một yếu tố quan trọng trong việc xác định tốc độ các liên kết cụ thể bị phá vỡ.
GS. Polanyi cho biết: "Chúng tôi đã nhận thấy sự định vị của phân tử ở cấp vi mô có liên quan đến bề mặt xúc tác bên dưới, làm cho chất xúc tác có liên kết chắc chắn. Sự sắp xếp của các liên kết phân tử càng gần dãy nguyên tử trong chất xúc tác, thì phản ứng càng có tính chọn lọc cao hơn".
Các nhà khoa học đã nghiên cứu phản ứng hóa học phá vỡ liên kết giữa cácbon và iốt trong phân tử hữu cơ iodobenzene (chất xúc tác phổ biến) bằng kim loại đồng. Phản ứng được khởi động bằng một điện tử bắt nguồn từ đầu của kính hiển vi gắn với iodobenzene.
"Chúng tôi đã quan sát thấy sự gia tăng tốc độ phản ứng của các liên kết giữa cácbon và iốt khi các liên kết đó được sắp xếp dọc theo các dãy nguyên tử đồng trong chất xúc tác, mà không phải ngang qua các dãy nguyên tử. Bề mặt đồng trên các liên kết gần hoạt động mạnh hơn trên liên kết xa. Chúng tôi đã nhận thấy sự khác biệt gấp 100 lần về tốc độ phản ứng giữa các liên kết theo các hướng cụ thể trên chất xúc tác", Kelvin Anggara, nghiên cứu sinh và là tác giả chính của nghiên cứu nói.
Thí nghiệm có thể được giải thích bằng một mô hình toán học do các nhà nghiên cứu đã phát triển trong vài năm qua, cho phép sản xuất phim trên máy tính về các chuyển động của nguyên tử tham gia vào phá vỡ liên kết trên bề mặt đồng. Đây là bộ phim tiết lộ lý do đồng đã ưu tiên xúc tác các liên kết dọc theo dãy nguyên tử đồng hơn là các liên kết ngang qua dãy nguyên tử.
Phương pháp mới kiểm soát phản ứng xúc tác bắt nguồn từ việc nghiên cứu phản ứng hóa học diễn ra trên bề mặt của các vật liệu rắn đã định hướng cho Polanyi và các cộng sự trong nhiều thập kỷ qua. Sau khi nhận giải thưởng Nobel Hóa học năm 1986 về việc quan sát các chuyển động phân tử trong phản ứng hóa học diễn ra trong khí, GS. Polanyi đã bắt đầu nghiên cứu phản ứng của từng phân tử trên bề mặt xúc tác cụ thể. Thách thức trong tương lai sẽ là chế tạo chất xúc tác kim loại thể hiện các mô hình nguyên tử để tăng tốc độ phản ứng hóa học và mở ra các con đường cho ra đời những sản phẩm được mong đợi.
