“催化”的概念有点抽象和深奥,我们就从日常生活中的催化现象开始认识它吧。
“催化”概念似乎有点抽象,但催化现象就在我们的日常生活中。
其实,我们人体内就有大量的催化剂。比如:
体内多种微量金属元素与蛋白质结合形成金属酶,它们能作为催化剂加速体内的化学反应,逐步将食物中的糖、蛋白质、脂肪等营养物质氧化,将食物转化为供人体活动需要的热能,使人体的体温维持在37°C左右。若是身体不舒服,其中原因之一可能是体内的催化剂出问题了。
在吃饭时,如果把米饭或馒头多嚼一会儿,你会感觉到有甜味出来。为什么?这是因为,在口腔内分泌出来的淀粉酶的催化作用下,淀粉转变成了麦芽糖、蔗糖等具有甜味的糖类物质。
催化,也不断改变了我们的吃、住、行等生活的方方面面。
我们的祖先很早就会酿酒,酿酒的过程就是一种催化反应。酿酒,必须要有酒曲,才能使糯米饭慢慢变成甜酒,然后变成老酒。没有酒曲,是做不成酒的,酒曲就是催化剂。
古人酿酒就用上了“催化”
烧烤中容易产生导致我们中毒的一氧化碳(CO),可以利用催化反应将它转化为无毒的二氧化碳(CO 2 );水果、蔬菜在储运中,容易变质腐烂,是由于果蔬自身释放的乙烯气体造成的,通过催化技术就可以将它及时分解消除,从而达到果蔬保鲜的目的。
我们日常生活中不可或缺的各种纤维、塑料和橡胶材料的合成都离不开催化过程;工业排放污染可以利用催化方法治理;室内的甲醛或其他具有臭味的有害物质可以通过具有催化功能的空气净化器来净化消除。
现在的汽车尾气都是经过净化处理后排放的,用的就是三效催化技术。
飞机在空中飞行时,机舱内的空气和气压是如何维持的呢?当然是从舱外的空气压进来的。可是高空的空气里臭氧浓度较高,会引起呼吸道或支气管出现炎症,甚至使人体细胞和组织受到损伤,可能导致癌症。怎么办呢?催化剂能快速分解臭氧使其变成氧气,保障舱内空气清洁和安全。
催化分解臭氧,确保了机舱内空气安全
催化造就了一个个神奇的故事:合成氨、石油炼制和机动车尾气净化,在农业、能源和环境保护等领域发挥了不可替代的巨大作用,这三大催化技术被誉为20世纪里程碑式的贡献,而这种贡献也正在延伸到更加广阔的领域。
许多生物活性分子和药物分子都具有手性分子 的特征,其中一种构型具有特定的活性或药效,另一种构型则可能具有完全不同的性质甚至毒性。利用催化反应可实现有选择性地合成具有特定手性的分子,成为解决药物生产过程难题的最为关键的一步。
美国科学家巴里·夏普莱斯发现在一价铜催化作用下可实现叠氮化物与炔烃的环加成反应,开启了“点击化学”研究先河。点击化学通过小单元的简单拼接,合成不同功能的化学分子,创造了组合化学新方法,因而再次摘取了2022年度诺贝尔化学奖桂冠(巴里·夏普莱斯曾于2001年因手性催化氧化反应获诺贝尔化学奖)。在药物开发和生物医用材料等诸多领域中,点击化学已经成为最有用和最吸引人的合成理念和方法之一。
神奇的催化“黑箱”
催化,既古老又前沿。它已历数百年的发展,但仍有很多奥妙之处尚未被揭开。催化“黑箱”充满着无限的魅力,必将助力“双碳”战略目标,提高人们的健康水平,让生活更加美好。