Vedci z Českého inštitútu výskumu a pokročilých technológií (CATRIN) pri Univerzite Palackého v Olomouci a Vysokej školy banskej - Technickej univerzity v Ostrave (VŠB-TUO) vyvinuli v spolupráci s kolegami z Leibnizovho ústavu pre katalýzu v nemeckom Rostocku unikátny ekologicky šetrný nanomateriál, ktorý vie urýchliť a zlacniť priemyselnú výrobu mnohých významných liečiv a chemikálií.
Výsledky česko-nemeckého výskumu zverejnil na konci roka i prestížny časopis Nature Catalysis. Informoval o tom inštitút (CATRIN) na svojej stránke.
Vedci nanomateriál už úspešne otestovali na viac ako 80 organických reakciách vrátane syntézy tzv. mastných amínov.
Tie sa hojne používajú pri výrobe poľnohospodárskych chemikálií, kozmetiky, antimikrobiálnych prípravkov a celého radu ďalších produktov. Ich obrat na trhu tvorí viac ako tri miliardy amerických dolárov.
vizualizácia nového nanomateriálu
Lacný a netoxický materiál
Ako uviedla PR koordinátorka Českého inštitútu výskumu a pokročilých technológií Martina Šaradínová, vedci sa zamerali na šetrnú prípravu mnohých chemických látok používaných vo farmácii, poľnohospodárstve, petrochemickom či potravinárskom priemysle takzvanou hydrogenáciou, teda reakciou s využitím molekulárneho vodíka.
Priblížila, že jednou z nevyhnutných podmienok na urýchlenie týchto chemických reakcií a ich vyššiu výťažnosť je použitie katalyzátora.
Cieľom bolo, podľa nej, vyvinúť lacný a netoxický materiál, ktorý by dokázal premeny organických zlúčenín zlacniť a zefektívniť.
„V súčasnosti sa totiž na tento účel využívajú najmä vzácne kovy, ako sú platina, paládium alebo ruténium, čo priemyselnú výrobu výrazne predražuje. Ako účinný katalyzátor slúži aj nikel, ktorý je však toxický,” ozrejmila Martina Šaradínová na stránke inštitútu.
Vedecko-výskumný pracovník prof. Manoj Gawande z olomouckej CATRIN vysvetlil, že spoločne s nemeckými kolegami študovali procesy hydrogenačnej syntézy amínov, čo sú východiskové látky alebo medziprodukty najmä pri výrobe liečiv.
„Aminoskupiny totiž obsahuje viac ako 40 percent všetkých liečiv. Amíny ale zohrávajú dôležitú úlohu aj pri výrobe farbív, plastov, tenzidov, dezinfekčných materiálov alebo poľnohospodárskych chemikálií,” doplnil.
Pri vývoji nového hydrogenačného katalyzátora tak, podľa neho, stavili na železo a oxid kremičitý, teda široko dostupné, netoxické a lacné materiály.
Ako to funguje
Príprava nového nanomateriálu je podľa vedcov lacná a technologicky ľahko transformovateľná do priemyslu. Materiál je možné použiť opakovane a je mimoriadne účinný pri syntéze širokej škály amínov.
„Vďaka chemickému zloženiu a topografii si ho možno predstaviť ako povrch Marsu, len v mnohonásobnom zmenšení. Z kremennej hmoty vyrastajú tyčovité nanočastice železa, ktoré vytvárajú akési krátery na povrchu katalyzátora.
Nanočastice železa sú obalené niekoľkonanometrovou šupkou oxidu železitého, ktorá sa ukazuje ako úplne kľúčová na dosiahnutie vysokej výťažnosti amínov. Nemenej dôležitá je i prítomnosť malého množstva hliníka,“ popísal materiál na stránke inštitútu Radek Zbořil, jeden z korešpondujúcich autorov, ktorý pôsobí v CATRIN a Vysokej školy banskej - Technickej univerzity v Ostrave.
Podľa neho, práve vysvetlenie súvislosti medzi chemickým zložením katalyzátora a jeho mimoriadnou účinnosťou bolo pre česko-nemecký tím najväčšou výzvou.
„Ide o takmer magický nanomateriál, v ktorom všetky komponenty majú definovanú úlohu. Verím, že táto spoločná práca môže mať zásadný vplyv v globálnej snahe o nájdenie priemyselne uplatniteľného lacného katalyzátora, ktorý by mohol nahradiť doteraz používané vzácne kovy a ktorý bude fungovať aj v ďalších dôležitých reakciách s použitím molekulárneho vodíka,“ uzavrel vedúci nemeckého tímu a riaditeľ Leibnizovho ústavu pre katalýzu v Rostocku Matthias Beller.