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巴斯夫中国

思想先驱——过去与现在:催化剂

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思想先驱 – 过去

自学成才的化学家Johann Wolfgang Döbereiner发现了铂的催化作用,并为元素周期表的编排打下了基础。

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思想先驱 – 现在

Ferdi Schüth 喜欢接受新挑战。他目前的研究重心是未来能源的化学基础研究。

1823年,德国化学家Döbereiner发现铂可用作催化剂。

1823年,43岁的化学家Döbereiner利用铂棉的催化作用点燃了氢氧混合气。当时他以为这只不过是一种“接触现象”,但今天这一发现已被认定为早期催化化学的最重要发现之一。铂棉可以加速氢气和氧气的化学反应,并且在此过程中,其本身的质量以及化学成分几乎保持不变——这正是所有催化剂的共同特性之一。氢氧反应释放出大量能量,以至于瞬间产生了火焰。Döbereiner为这一现象而着迷,他也知道应如何将这一发现转化为技术成果:由此发明了铂打火机。这种打火机成为了广受欢迎的产品,而其背后的催化原理则成为了推动化学发展的里程碑之一。

时隔一年,Döbereiner观察到铱锇混合物也可使氢氧混合气爆炸,Döbereiner于是总结出混合催化剂的原理,后被化工行业广泛应用。当时,他已担任化学、药剂学以及工程学副教授14年之久。而他之所以能够获得该职位,部分原因是得到了歌德(德国最具影响力的作家和思想家之一)的支持。

Döbereiner没有正式读过中学也没有上过大学,都靠自学成才;他所受过的唯一教育就是跟一名药剂师做过学徒。但这个马车夫的儿子却因为撰写了关于应用化学现象的文章而引起了歌德的注意。歌德后来成为德国文化部长,他帮助Döbereiner在耶拿大学谋得了一教职。在Döbereiner获聘任一年之后,耶拿大学艺术学院向他授予了哲学博士头衔,作为对其之前发表论文的认可,这篇论文被评价为“无可争议地彰显了作者的天赋,研究技巧已臻于化境。”

Döbereiner知恩图报,虽然曾收到过其他著名大学的邀请,但直至1849年去世都没有离开过耶拿大学。他的不朽遗产被镌刻在石碑上,正如墓志铭对他一生的定论:“歌德的幕僚、三元体系的发明人、铂催化作用的发现者。”

1971年的新年刚过不久,年仅11岁的Ferdi Schüth已经立志长大后要成为一名化学家。使用朋友配制的火药重新填充用过的爆竹,点燃了他对化学的热情。虽然这样制作的爆竹飞不起来,但至少能发出一声巨响。一年之后,Ferdi Schüth在家里地下室的角落里设置了自己的化学“实验室”,痴迷于观察化学物质混合后发生的现象。如今,身为研究成果屡获殊荣的科学家,Schüth博士、教授回忆说:“对化学研究的好奇心至今仍是我获得研究成果的主要动力来源。” 他如今拥有多个头衔,包括马克斯·普朗克学会副会长、马克斯·普朗克煤研究所主任等,曾获得的重要奖项有Carl Friedrich von Weizsäcker 奖、莱布尼茨奖等等。

好奇心强,对事物有独特的见解,这是Schüth博士得以获得迄今为止最重要发现(即“高通量催化技术”,详见文本框)的原因所在。1996年,他参加了一个关于如何快速研发更有效的新型催化剂的科学研讨会。研讨会上所讨论的模式是高通量实验,该模式被医药行业用于加速新药新活性成分的研发。然而,与会的研究人员很快就对这一方法是否适用于炼油和基础化学品生产等更加复杂的环境普遍产生了怀疑。但当时身为德国法兰克福歌德大学教授的Schüth却对此设想颇感兴趣。在此次会议期间他就开始在草稿中记下了自己最初的想法。回到研究院后,他询问所带的博士生中是否有人有兴趣做进一步的研究。经过一年左右的联合研究,首个高通量反应装置诞生了。1999年,hte公司成立,将上述工艺推向市场。正如Schüth博士所说:“挑战科学难题,催生了新技术。”

Schüth博士目前正在研究的课题之一就是如何对催化剂实现原子级的定制。此外,他还对新能源资源感兴趣,例如氢、废木料制成的燃料,以及这些新能源原料的储存和催化转化等。换言之,这些领域正是未来能源的化学基础。Schüth博士时刻准备迎接新的挑战,他是当代的先驱思想家。

催化剂:推动化学发展的分子助手

催化剂就好比媒婆月老。在试管内,催化剂抓取化学家希望发生反应的成分,打破其原有的化学键,然后迅速将正确的反应物聚合起来,形成新的化合物。催化剂可以加速化学反应而不需改变本质——尽管在一定条件下催化剂也会出现老化迹象。

与此同时,催化剂还可以节省化学反应所需的能量。由于这些原因,催化剂成为化学合成的重要手段,目前90%以上的化工生产工艺中使用催化剂。如果没有这一关键技术,许多日用品——包括药物、肥料、染料和塑料等——的生产都将无从实现。

高通量实验公司(hte GmbH):催化剂的量化测试

得益于Ferdi Schüth博士与德国海德堡hte公司研究人员联合开发的新工艺,目前已经能够以高出几年前100倍的速度开发更有效的新型催化剂。公司名称“hte”正是这一工艺的缩写(“high throughput experimentation”,即高通量实验)。这一工艺方法采用并行和自动化的方式,海德堡的研究人员因此得以同时对大量催化剂进行化学实验。

目前,hte公司运行着50多个不同的反应装置,其中包括催化剂筛选设备和用于工艺过程优化的大规模试验车间。hte公司从2012年起成为巴斯夫股份公司的全资子公司,目前有员工约270人。

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