一种新颖的催化方案使得以前几乎不可能发生的化学反应成为可能。波恩大学开发的方法也是环保的，不需要稀有和贵金属。研究人员在一种高速胶片上记录了催化的确切过程。他们使用特殊的激光器来做到这一点，这种激光器可以使仅持续十亿分之一秒的过程可见。结果使他们能够进一步优化催化剂。它们已发表在著名期刊《Angewandte Chemie》的国际版上。
假设您正在打迷你高尔夫球。球场上有一个小山丘，高尔夫球必须克服它才能滚入后面的洞。为此，您需要用足够的力气击打它。否则，它不会越过障碍物，而是会向您滚回。
“这既昂贵又不可持续，”Gansäuer 的同事、波恩大学克劳修斯物理与理论化学研究所的 Peter Vöhringer 教授强调说。“然而，一段时间以来，人们一直在尝试以不同的方式实现这种激活：通过用光照射催化剂。我们现在已经实现了这个想法。同时，从某种意义上说，我们拍摄了激活过程中发生的过程。和催化作用。”
激光创造“闪电风暴”
研究人员使用的“高速相机”是一台光谱仪——这是一种复杂的仪器，可以用来确定分子在某个时间点的样子。为此，您还需要闪光灯。为此，研究人员使用连续打开和关闭的激光器。每个明亮时刻仅持续几百飞秒（飞秒是十亿分之一秒的百万分之一）。因此，催化过程被分解为一系列单独的图像。“这使我们能够可视化超快过程，”该方法的专家 Vöhringer 说。
并非所有分子都可以轻松拍摄。“因此，我们必须对我们通常使用的钛催化剂进行一些修改，”Gansäuer 说。实验表明，该化合物可以被光激活，然后能够催化特定形式的氧化还原反应。在氧化还原反应中，电子从一种反应物传递到另一种反应物。“活化的催化剂促进了这一过程，”Gansäuer 解释道。“例如，这使我们能够生产用作许多重要药物起始材料的化合物。”
贪婪电子
“高速胶片”准确记录了光激活过程中发生的情况。“电子就像指向某个方向的指南针，”正在沃林格教授研究小组攻读博士学位的乔纳斯·施密特说。“这种自旋因辐射而改变。” 形象地说，钛化合物因此变得“贪婪”地接受电子。当它发生时，它就会开始氧化还原反应。
Vöhringer 解释说：“得益于我们通过方法获得的见解，我们现在可以进一步优化催化剂。”Vöhringer 和 Gansäuer 教授一样，都是波恩大学跨学科研究领域“Matter”的成员。现在已经可以用它来进行以前几乎不可能实现的化学反应。这一成功也体现了有机化学与激光和分子物理学之间富有成效的合作，Vöhringer 强调：“我们的研究表明，具有完全不同方法背景的两个研究小组之间的合作可以取得成果。
许多化学反应都是类似的：为了让它们进行，你首先必须为它们提供足够的能量。催化剂降低了该活化能。为了留在图片中：它使山丘变得平坦一些，因此球需要更少的动量来滚动。因此反应更容易且更快。“有些反应甚至只能通过使用催化剂才能实现，”Andreas Gansäuer 教授解释说。
钛代替贵金属
该研究人员在波恩大学凯库勒有机化学和生物化学研究所工作。多年来，他一直致力于研究如何简化某些碳化合物的生产。此处通常选择使用催化剂。问题是：“反应加速剂”通常由铂、钯或铱等稀有金属和贵金属组成。
“我们通常使用钛化合物代替，”Gansäuer 说。“这是因为钛是地壳中最丰富的元素之一，而且完全无毒。” 然而，钛基催化剂通常仍然需要伴侣才能加速化学反应。大多数情况下，这也是金属。它激活催化剂，（与后者不同）在反应中被消耗，并产生副产品作为废物。
