Studi molekulojn sen igi la manojn malpuraj: Intervjuo kun Ivo Filot

Ivo Filot instruas kaj esploras kinetikon ĉe la Teĥnika Universitato de Eindhoven (TU/e) en Nederlando. Li specife estas spertulo pri la kreado de komputilaj modeloj por priskribi ĥemiajn reakciojn sur katalizilajn surfacojn. Pli simple dirite, kinetiko estas scienco, kiu priskribas kiom rapide ĥemiaj reakcioj okazas kaj tio estas ege grava, ĉar entreprenoj kaj konsumantoj dependas de kiel eble plej efikaj ĥemiaj reakcioj. Tre grava parto de kinetiko estas kataliziloj. En industriaj aplikoj, kataliziloj ĝenerale estas tre etaj partikloj kun granda surfaco, al kiu molekuloj povas ligi sin. Sur la kataliza surfaco, molekuloj bezonas malpli da energio por reakcioj, kio plirapidigas la reakcion. Kompreneble la ekzakta influo de la katalizo al la reakcio dependas de la kvalitoj de la katalizilo, do oni ĉiam provas plibonigi pli bonajn katalizilojn.

Dum la intervjuo ni parolis ankaŭ pri la Fischer-Tropsch procezo. Tio estas aro da reakcioj por krei pli longajn hidrokarbonojn el karbona monooksido (CO) kaj hidrogena gaso (H2).

portrait_bw_no_shadow.jpg

Ĉu vi estis bona lernanto mezlerneje?

Absolute ne! Mi estis pigra kaj fiere obstina. Tio estas plejparte pro mi mem. Mi kompreneble estis adoleskanto kaj mi multe komputilludis. Tion mi taksis multe pli amuza ol studado. La nuraj fakoj, kiuj vere interesis min estis fiziko kaj ĥemio kaj iomete matematiko. Lingvojn mi taksis tre tedaj. La nura escepto estis la Angla. Por tiu fako mi multe klopodis kaj akiris bonajn rezultojn. Specife la literaturon mi taksis interesa. Malgraŭ tio, la Franca kaj Latino tute ne logis min.

Kio inspiris vin al finfine elekti ĥemion?

Mezlerneje mi havis ege amuzan instruiston de ĥemio. Li estis mia plej ŝatata instruisto kaj ĥemio estis mia plej ŝatata fako. Mi pripensis ankaŭ informadikon, specife artefaritan inteligentecon, kiu tiam estis tute freŝa fako, kaj ekonometrion. Tion mi ŝatis pro la ligo inter ekonomio kaj matematiko. Finfine mi elektis ĥemion, pro tio ke mi sentis ke ĝi vere estis la plej amuza fako kaj malgraŭ tio ke mi finfine ne studis informadikon, mi ja enkondukis fortan informadikan konsistaĵon en mian studon.

Kiel vi eklaboris por la TU/e?

Mi fakte rekte komencis labori ĉi tie. Mi finis mian laborstaĝon ĉi tie en 2009. Jam antaŭ ol mi komencis tiun staĝon, oni ofertis al mi doktoriĝan projekton. Mi estis gvidata tiam de Rutger van Santen kaj Evgeny Pidko. Poste Emiel Hensen transprenis la laborgrupon.

Kiuj fakoj aŭ projektoj, kiujn vi faris dum via studo, plej multe influis vin kaj kial?

”Komputada ĥemio”estis ege amuza. Estis tiom interese lerni pri la ecoj de molekuloj simple per komputado, neniam havinte tiujn molekulojn en la manoj. La sama estas valida pri ”Plurfazaj reaktoroj”, sed en tiu fako oni ne rigardas je la skalo de individuaj molekuloj, sed je la skalo de tutaj reaktoroj.

Vi pristudis Fischer-Tropsch reakciojn. Kial specife tiujn reakciojn?

La simpla respondo estas ke tio estis mia doktoriĝa esploro, do oni faris tiun elekton por mi. Estis bonega elekto tamen, pro tio ke ĝi enhavas multajn problemojn, kiujn oni povas solvi per teoria ĥemio. Esplori reakcimeĥanismojn* estas tre malfacile per eksperimentoj, pro tio ke oni ne povas bone mezuri kiel la komponentoj de miksaĵo ŝanĝiĝas dum tempo. Nur kiam oni komprenas la meĥanismon per teoria ĥemio, oni povas serĉi bonajn katalizilojn.

*Ĥemiaj reakcioj ofte ne okazas rekte, sed tra specifaj paŝoj, ekzemple la alsorbo al katalizila surfaco, la disfalo de la molekulo, la kreiĝo de la nova molekulo kaj la liberiĝo. Tiuj paŝoj kune estas la meĥanismo.

Kion ekzakte vi provis eltrovi?

Ni provis trovi la dominantan reakcimeĥanismon de Fischer-Tropsch reakciojn. Por tio, ni pristudis la influon de la malsamaj katalizilojn kun malsamaj metaloj kaj topologion (la formo de la surfaco, ĉu akra, ĉu plata ktp.) en la reakcio.

Katalizilaj partikloj havas malsamajn surfacojn kun malsamaj formoj, ekzemple plataj aŭ akraj. Tiuj surfacoj malsame interagas kun la reakciantoj, kio estas relevanta por la reakcio. La malsamaj surfacoj estas indikataj per koloroj.

Kiajn eksperimentojn vi faris?

Pleje estis miaj kolegoj, kiuj faris la eksperimentojn. Tre gravaj estis la SSITKA-eksperimentoj (Steady State Isotopic Transient Kinetic Analysis). Tio signifas ke oni komencas katalizan reakcion kun enfluo de reakciantoj kaj elfluo de produktoj. Kiam la sistemo atingis balancon kaj ne plu ŝanĝiĝas, oni subite interŝanĝas la enfluon per enfluo kun pli pezaj variaĵoj de la reakciantoj (ni uzis 13C kaj D anstataŭ 12C kaj H). Tiuj pli pezaj reakciantoj esence ne ŝanĝas la ĥemian reakcion, sed oni ja povas detekti ilin. Oni ne tuj vidas pli pezajn produktojn, sed devas atendi ĝis la novaj reakciantoj dum iom da tempo estis en la sistemo. Per mezuri la produktojn, oni povas eltrovi kiom longa tiu tempo estas kaj oni povas lerni pri la kinetiko de la reakcio tiumaniere.

Kiajn aplikojn havas la konojn, kiujn vi akiris per tiuj esploroj?

La informoj helpas la plibonigadon de ekzistanta Fischer-Tropsch teĥnologion kaj tiujn novajn komprenojn ni kunhavas kun entreprenoj. Krom tio, ni ankaŭ plibonigas nian fundamentan komprenon pri kiel reakcimeĥanismoj funkcias kaj tio aplikeblas ne nur al Fischer-Tropsch reakcioj, sed ankaŭ al multaj aliaj reakcioj. Tio estas esenca por la kreado de pli bonaj kataliziloj.

Kian esploron vi faras nun?

Ni daŭre faras katalizajn esplorojn pri reakcimeĥanismoj, sed nun ni rigardas unu paŝon pli alte al la meza skalo. Tio signifas ke ni ne nur pristudas individuajn atomojn kaj molekulojn, sed tutaj katalizilajn partiklojn kun multaj surfacoj, sur kiuj reakcioj povas okazi. Tio gravas, ĉar oni ne povas rigardi molekulojn izolite. Kiam granda parto de la kataliza surfaco estas plena je molekuloj, ekzemple, ili povas multe malpli libere moviĝi ol kiam la surfaco estas preskaŭ malplena. Ankaŭ la strukturo de la katalizila partiklo gravas. Oni scias ekzemple ke katalizilaj partikloj estas pli efikaj kiam ili estas pli grandaj, sed tiu efiko malaperas post ses nanometroj. Oni daŭre ne certas ekzakte kial tio okazas.

La grandeco de la katalizila partiklo ŝanĝas la rilatumon inter la malsamaj specoj de surfacoj, kiuj estas indikataj de la malsamaj koloroj.

Kiuj grandaj demandoj restas en via fako?

Kiel efikoj je la nanoskalo influas la mezan skalon kaj makroskalon kaj inverse ene de katalizo.

Oni ofte pristudas ĥemiajn reakciojn je malsamaj skaloj, ekzemple individuaj molekuloj, katalizilaj partikloj aŭ eĉ tutaj reaktoroj. Kvankam studi ilin individue estas pli facila, ĉiuj skaloj influas unu la alian. Kompreni kiel tio okazas estas grava esplortemo.

Ĉu restas io, kion vi ŝatus diri al junaj homoj, kiuj pripensas karieron en scienco?

Se vi estas ambicia, komencu frue. La selektado estas tre severa kaj vi havos multe da konkurenco. Por povi doktoriĝi, necesas ke vi jam estu tre bona je la fino de via bakalaŭra studo. Bone elpensu tion, kion vi volas fari kaj elektu fakojn, kiuj helpos vin pri tio. Nur per ĥemio, mi ne sukcesintus, do pro tio mi ankaŭ studis matematikon kaj fizikon. Ne limigu vin al la regula eduko, sed provu rigardu pli for.

Laste venas bonusa demando. En la leciono vi ade ripetas kiom vi ŝatas Germanajn terminojn en scienco kiel Zustandssumme. De kie venas tiu fascino pri la Germana lingvo?

Ne vere estas fascino, sed pli miro pri la riĉa vorttrezoro de la Germana lingvo. La Germana vere havas vorton por ĉio, ekzemple Waldeinsamkeit. Laŭvorte tio signifas arbarsoleco, sed ĝi havas tiom specifan emocian nuancon ke oni povas malfacile traduki ĝin. Same kiel la Nederlanda, la Germana havas sistemon por kunmeti vortojn, sed ili multe pli ellaboris ĝin kaj tio estas bela. Nederlandanoj tro ofte emas kopii la Anglan vorton en scienco. Ankaŭ Zustandssumme estas pli taŭga vorto ol partitiefunctie, ĉar ĝi estas la Summe de la Zustände!

Por vidi kelkajn modelojn, kiujn Ivo Filot kreis, oni povas viziti lian Jutuban kanalon

Advertisements

Respondi

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Ŝanĝi )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Ŝanĝi )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Ŝanĝi )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Ŝanĝi )

Connecting to %s