‘द्रवरूप’ प्लॅटिनम – नवा उत्प्रेरक

प्रत्येक रासायनिक क्रिया ही वेगवेगळ्या गतीनं घडून येते. काही रासायनिक क्रिया या अल्प कालावधीत घडून येतात, तर काही रासायनिक क्रिया घडून येण्यास दीर्घ कालावधी लागतो. कोणतीही रासायनिक क्रिया उत्पादनासाठी वा अन्य व्यावहारिक कारणांसाठी वापरायची असली, तर ती क्रिया कमी वेळात घडून यायला हवी. रासायनिक क्रियेची गती वाढवण्यासाठी काही विशिष्ट पदार्थांचा वापर केला जातो. या पदार्थांना उत्प्रेरक म्हटलं जातं. हे पदार्थ रासायनिक क्रियेत स्वतः भाग घेऊनही, या रासायनिक क्रियेपासून शेवटी नामानिराळे राहतात. या पदार्थांमुळे रासायनिक क्रियेचा अंतर्गत मार्ग बदलतो. हा नवा मार्ग जलद असतो. हे पदार्थ मुख्य रासायनिक क्रियेच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात नष्ट होतात, परंतु नंतरच्या टप्प्यात त्यांची पुनर्निर्मिती होते. त्यामुळे या रासायनिक पदार्थांच्या एकूण प्रमाणात बदल न होता, त्यांचं प्रमाण स्थिर राहतं व या पदार्थांचा पुनर्वापर करता येतो.

रासायनिक क्रियांची गती वाढवण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या विविध पदार्थांतला एक महत्वाचा पदार्थ म्हणजे प्लॅटिनम धातू. खत उद्योग, पेट्रोकेमिकल उद्योग, वाहन उद्योग, अशा अनेक उद्योगधंद्यांत प्लॅटिनमचा उत्प्रेरक म्हणून वापर केला जातो. सर्वसाधारणपणे, या प्लॅटिनमयुक्त उत्प्रेरकाची निर्मिती ही प्लॅटिनम धातू कार्बनमध्ये विशिष्ट क्रियेद्वारे मिसळून केली जाते. घन स्वरूपातल्या या उत्प्रेरकातलं प्लॅटिनमचं प्रमाण दहा टक्के इतकं ठेवलं जातं. प्लॅटिनम हा धातू दुर्मिळ असल्यानं, तो महाग आहे. त्यामुळे दहा टक्के प्लॅटिनम असणारा हा उत्प्रेरकसुद्धा महागडा ठरतो. या कारणास्तव, उत्प्रेरकावर संशोधन करणाऱ्या संशोधकांनी उत्प्रेरकातील प्लॅटिनमचं प्रमाण कमी कसं करता येईल, यावर आपलं लक्ष केंद्रित केलं आहे. आणि संशोधकांना आता यात लक्षणीय यशही लाभलं आहे! ऑस्ट्रेलिआतील युनिव्हर्सिटी ऑफ न्यू साऊथ वेल्स या विद्यापीठातील अरिफूर रहीम आणि त्यांच्या इतर सहकाऱ्यांचं हे संशोधन ‘नेचर केमिस्ट्री’ या शोधपत्रिकेत प्रसिद्ध झालं आहे. अरिफूर रहीम आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी तयार केलेल्या उत्प्रेरकातलं प्लॅटिनमचं प्रमाण कार्बनवर आधारलेल्या प्लॅटिनमयुक्त उत्प्रेरकाच्या तुलनेत अत्यल्प आहे.

अरिफूर रहीम आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी आपल्या या वैशिष्ट्यपूर्ण उत्प्रेरकात कार्बनऐवजी गॅलिअम या धातूचा वापर केला आहे. गॅलिअम धातू अवघ्या तीस अंश सेल्सिअस तापमानाला वितळतो. तसंच या वितळलेल्या गॅलिअममध्ये इतर अनेक धातू सहजपणे विरघळतात. गॅलिअमच्या या गुणधर्मांचा फायदा या संशोधनात घेतला गेला आहे. वितळलेल्या गॅलिअममध्ये या संशोधकांनी प्लॅटिनम धातू निव्वळ विरघळवला आहे. म्हणजे एका अर्थी, हा उत्प्रेरक म्हणजे ‘द्रवरूप’ प्लॅटिनम आहे. प्लॅटिनमचं हे द्रावण एकजिनसी होण्यासाठी तीनशे अंश सेल्सिअस तापमान पुरेसं ठरतं. या द्रावणात वापरलेलं प्लॅटिनमचं प्रमाण फक्त ०.०००१ टक्का इतकंच आहे.

या द्रवरूप उत्प्रेरकाची कार्यक्षमता समजण्यासाठी, अरिफूर रहीम आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी हा उत्प्रेरक वापरून काही संयुगांचं ऑक्सिडिकरण, तर काही संयुगांचं क्षपण करून पाहिलं. अवघा ०.०००१ टक्का प्लॅटिनम असलेला हा उत्प्रेरकही त्यांना, कार्बन वापरून तयार केलेल्या प्लॅटिनमयुक्त उत्प्रेरकाच्या तुलनेत एक हजारपट कार्यक्षम असल्याचं आढळलं. त्यामुळे या द्रवरूप उत्प्रेरकाचा वापर केल्यास, रासायनिक क्रिया घडवून आणण्यास फारशा उच्च तापमानाची आवश्यकता भासणार नाही. हा उत्प्रेरक द्रव रूपात वापरला जात असल्यानं, त्याचा आणखी एक फायदा आहे. तो म्हणजे, या उत्प्रेरकाची क्षमता वापरानंतर फारशी बदलणार नाही. घन स्वरूपातील उत्प्रेरकांची क्षमता ही त्यावर जमा होणाऱ्या इतर पदार्थांमुळे काही काळाच्या वापरानंतर कमी होते. हा नवा उत्प्रेरक द्रवरूप असल्यानं, त्याचं सतत अभिसरण होत राहतं. त्यामुळे या उत्प्रेरकावर कोणतेच पदार्थ एका ठिकाणी जमा होत नाहीत. परिणामी, या उत्प्रेरकाच्या क्षमतेत काळानुरूप फारसा फरक पडणार नाही.

अरिफूर रहीम आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी या उत्प्रेरकाचा सैद्धांतिक अभ्यास करण्यासाठी रसायनशास्त्रातल्या संगणकीय प्रारूपांचा वापर केला. यात त्यांनी प्लॅटिनम आणि गॅलिअमच्या अणूंची अंतर्गत रचना, आकार, यासारख्या बाबी लक्षात घेतल्या. त्यावरून या संशोधकांनी, या मिश्रणातील प्लॅटिनम आणि गॅलिअमच्या अणूंच्या एकमेकांमधील अंतरांवर आधारलेली त्रिमितीय रचना तपशीलवार अभ्यासली. या अभ्यासातून प्लॅटिनम आणि गॅलिअमच्या अणूंचा, एकमेकांवर होणारा परिणामही समजू शकला. या द्रवातल्या गॅलिअमच्या अणूंनी, प्लॅटिनमच्या अणूंना एकमेकांपासून दूर ठेवलं आहे. संशोधकांच्या दृष्टीनं ही समाधानाची बाब आहे. कारण यामुळे प्लॅटिनमचे अणू हे एकत्र न येता ते सतत विखुरलेल्या अवस्थेत राहतील. या द्रवाचा पृष्ठभाग हा गॅलिअमच्या अणूंपासून बनला असून, प्लॅटिनमचे अणू द्रवाच्या पृष्ठभागापासून दूर राहात असल्याचं या प्रारूपावरून दिसून आलं आहे. याचा अर्थ, हा उत्प्रेरक गॅलिअमच्या अणूंद्वारे रासायनिक क्रिया घडवून आणतो आहे. मात्र गॅलिअमचे अणू स्वतंत्रपणे ही रासायनिक क्रिया घडवून आणू शकत नसल्याचं दिसून येतं. म्हणजे गॅलिअमच्या अणूंना रासायनिक क्रिया घडवून आणण्यासाठी जी चालना मिळते, ती प्लॅटिनमच्या अणूंकडूनच. रासायनिक क्रियांतला गॅलिअमच्या अणूंचा अशा प्रकारचा सहभाग लक्षवेधी आहे.

अरिफूर रहीम यांनी, एक हजारांहून अधिक रासायनिक क्रियांच्या बाबतीत द्रवरूप उत्प्रेरकांचा वापर करता येण्याची शक्यता व्यक्त केली आहे. खुद्द अरिफूर रहीम आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी आता सोनं, चांदी, रुथिनिअम, या उत्प्रेरक म्हणून वापरात असलेल्या दुर्मिळ धातूंवर हेच प्रयोग सुरू केले आहेत. नजीकच्या भविष्यकाळात इतर अनेक धातूंवरही असे प्रयोग केले जातील. जर द्रवरूप धातूंचा उत्प्रेरक म्हणून वापर यशस्वी झाला, तर रसायनांच्या निर्मिती प्रक्रियांना वेगळं वळण लागणार आहे. कारण या नव्या उत्प्रेरकामुळे, रसायनांची निर्मिती सोपी आणि कमी खर्चिक होणार आहेच. परंतु त्याचबरोबर अशा प्रकारची निर्मिती ही हरीत रसायनशास्त्राकडची वाटचालही ठरणार आहे.

— डॉ. राजीव चिटणीस.

छायाचित्र सौजन्य: Dr Md. Arifur Rahim, UNSW Sydney.