촉매(觸媒, catalyst)란 반응과정에서 소모되지 않으면서 반응속도를 변화시키는 물질을 말한다. 촉매는 소량만 있어도 반응 속도에 영향을 미칠 수 있다.[1]
일반적으로 촉매가 있으면 반응은 더 빠르게 발생하는데, 그 이유는 더 적은 활성화 에너지를 필요로 하기 때문이다. 촉매 반응 구조에서 촉매는 일반적으로 일시적인 중간 물질을 형성하기 위해 반응하며 그 다음 원래의 촉매를 재발생시키는 순환적인 과정을 거치게 된다.
촉매는 균일계 촉매와 불균일계 촉매로 나눌 수 있다. 균일계 촉매는 촉매가 반응물과 같은 상으로 존재하는 촉매이다(보통, 기체나 액체). 비균일계 촉매는 촉매와 반응물이 다른 상으로 존재하는 촉매이며, 이를테면 촉매-고체, 반응물-액체를 들 수 있다. 효소와 그 밖의 생물 촉매들은 제3의 분류로 간주되는 경우도 있다.
촉매 활성을 개선하는 화학종을 공촉매(共觸媒, cocatalyst)라고 부른다.
[효소와 생체 촉매]
생물학내에서 효소는 물질대사와 이화작용 과정에서 사용되는 단백질 기반의 촉매를 의미한다. 대부분의 생체 촉매는 효소이지만 다른 비 단백질 기반의 생체 분자 또한 리보자임과 합성 디옥시리보자임과 같은 촉매적 특성을 나타낼수 있다.
흔히 생체 촉매는 균일 촉매와 불균일 촉매의 중간체로 생각할 수 있지만, 엄격하게 말하자면 용해성 효소는 균일 촉매이고 막결합 효소는 불균일 촉매이다. 효소(또는 기타 촉매)의 활성화, 온도, pH, 효소, 농도에 영향을 미치는 요인에는 몇 가지가 존재한다. 특히 효소의 반응에 있어서 중요한 시약은 바로 물인데, 이것은 수많은 결합 형성 반응과 많은 결합 파괴 과정으로 이루어져 있다.
[나노 촉매]
나노 촉매는 촉매 작용을하는 나노 물질이다. 이러한 나노 촉매는 광범위한 분야에서 응용하기 위해 탐구되어왔으며, 그중에서 효소 모방 활동을 가진 나노촉매는 'nanozymes'으로 불린다
[억제제, 독극물, 촉진제]
촉매의 작용을 감소시키는 물질은 가역적이면 촉매 억제제라 하고 비가역적이면 촉매 독극물이라고 한다. 촉진제는 스스로 촉매제가 아니더라도 촉매 활성을 증가시키는 물질이다.
억제제는 반응 속도를 감소시키기 때문에 때때로 “음성 촉매제”라고 불린다. 그러나 보다 높은 활성화 에너지를 갖는 반응 경로를 도입할 때 작동하지 않기 때문에 억제제라는 용어가 바람직하다; 이것은 비촉매 경로에 의해 반응이 계속 일어나기 때문에 속도를 감소시키지 못 한다. 대신 촉매를 비활성화하거나 자유 라디칼과 같은 반응 중간체를 제거함으로써 작동한다.
저해제는 속도 외에 선택성을 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 알킨을 알켄으로 환원시키는 경우, 납 (II) 아세테이트 (Pb (CH3CO2) 2)로 부분적으로 "독성"이 된 팔라듐 (Pd) 촉매가 사용될 수 있다. 촉매의 비활성화 없이, 생성된 알켄은 알칸으로 더 감소 될 것이다.
억제제는 예를 들어 특정 유형의 활성 부위에만 선택적으로 중독시킴으로써 이러한 효과를 나타낼 수 있다. 또 다른 메커니즘은 표면 형상을 변형하는 것이다. 예를 들어, 수소화 공정에서, 금속 표면의 큰 평면은 수소화 분해 촉매의 작용 부위로서 기능하는 반면, 불포화 물의 수소화를 촉매하는 작용 부위는 더 작다. 따라서 표면을 무작위로 덮는 독은 오염되지 않은 넓은 평면의 수는 줄이는 경향이 있지만 비례적으로 더 작은 작용 부위는 자유롭게 남겨둔다. 따라서 수소화 선택성과 수소 첨가 분해 선택성을 변화시킨다. 많은 다른 메커니즘도 또한 가능하다.
촉진제는 코카인 매트의 생성을 방지하기 위해 표면을 덮을 수 있으며, 심지어 그러한 물질 (예 : 플랫폼에서 백금상의 레늄)을 활발히 제거 할 수도 있다. 이들은 촉매 물질의 분산을 돕거나 시약에 결합 할 수 있다.
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