تم منح جائزة وولف في الكيمياء لعام 2025 للأستاذ هيلموت شوارتز من الجامعة التقنية في برلين لتوصيفه الكمي للوسائط النشطة في الطور الغازي لحل المشكلات الأساسية في التحفيز.
تم منح جائزة وولف في الكيمياء لعام 2025 للأستاذ الدكتور هيلموت شوارتز "للتوصيف الكمي للوسائط النشطة في الطور الغازي لحل المشاكل الأساسية في التحفيز".
درس هيلموت شوارتز، 1943 (ألمانيا) الكيمياء في الجامعة التقنية في برلين (TUB) حيث أكمل أطروحته للدكتوراه في عام 1972 تحت إشراف فرديناند بولمان. بعد إكمال دراساته لما بعد الدكتوراه في عام 1974 في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة كامبريدج، تم تعيينه أستاذًا في جامعة برلين التقنية في عام 1978. شغل شوارتز منصب نائب رئيس مؤسسة الأبحاث الألمانية (2007-2001)، ورئيس الأكاديمية الوطنية الألمانية للعلوم ليوبولدينا (2015-2010)، ورئيس مؤسسة ألكسندر فون هومبولت (2017-2008).
يهتم الكيمياء في المقام الأول بالذرات وكيفية ترتيبها في الجزيئات، ولكن القضية الأكثر أهمية هي كيف يؤثر الترتيب المكاني للذرات في الجزيء على نشاطها الكيميائي. وعلى الرغم من أن العديد من الباحثين حاولوا معالجة هذه المشكلة، إلا أنها ظلت دون حل حتى جاء البحث الرائد الذي أجراه البروفيسور هيلموت شوارتز.
تمكن البروفيسور شوارتز من شرح كيفية عمل التفاعلات الكيميائية على المستوى الأكثر أساسية، وخاصة التفاعلات التي تنطوي على ذرات معدنية وجزيئات غازية. يوضح عمله كيف تشارك الجزيئات التي تبدو خاملة، مثل الميثان (الغاز الطبيعي) وثاني أكسيد الكربون، في التفاعلات الكيميائية. وتتمتع هذه الاكتشافات بأهمية عملية لأنها تمكن من تطوير عمليات جديدة لإنتاج الوقود، وتقليل التلوث، وحتى معالجة أزمة المناخ. ولمعالجة هذه الأسئلة الأساسية، قام شوارتز بتطوير أدوات وأساليب بحثية جديدة، بما في ذلك تقنيات متقدمة في مجال مطيافية الكتلة. وتسمح هذه التقنيات الآن للعلماء بتتبع سلوك الذرات والجزيئات أثناء التفاعلات الكيميائية، بطريقة تشبه تصوير مقطع فيديو بالحركة البطيئة.
أثبت عمل هيلموت شوارتز كيف يمكننا استخدام الكيمياء لحل مشاكل هائلة، مثل إنشاء مصادر الطاقة المستدامة وتقليل انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري، مع تعميق معرفتنا بكيفية عمل الطبيعة على المستوى الجزيئي.
وقد أتاحت مساهمات شوارتز إمكانية تحديد أجزاء من المحفزات المسؤولة عن زيادة كفاءتها. مهدت هذه الرؤى الطريق لتطوير محفزات "مخصصة" تستخدم في الصناعة الكيميائية لإنتاج الطاقة النظيفة والمواد الكيميائية المحسنة. أثبت عمل هيلموت شوارتز كيف يمكن للكيميائيين معالجة التحديات الهائلة، مثل إنشاء مصادر الطاقة المستدامة والحد من انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري، مع تعميق معرفتنا بكيفية عمل الطبيعة على المستوى الجزيئي.
كان شوارتز أول من كشف عن الدور المميز للبنية الإلكترونية عند تنشيط الروابط C-H بشكل انتقائي، بوساطة ذرات المعدن. وقد أثبت وجود دورات تحفيزية في كيمياء أيونات الغاز، وقدم أمثلة مقنعة للدور الحاسم للتأثيرات النسبية. من خلال هذا العمل على غازات أكسيد الفلز ثنائي الذرة "العارية"، برز مفهوم "التفاعلية ثنائية الحالة"، الذي أصبح أحد ركائز فهم الآليات المثيرة للاهتمام لأكسدة روابط CH بوساطة P-450. في السنوات الأخيرة، ركز بحثه على فهم التنشيط الانتقائي لروابط CH الخاملة، وخاصةً الميثان، لتحويل الهيدروكربونات إلى منتجات ذات قيمة مضافة بطريقة صديقة للبيئة.
تناول تحدي تحفيز الذرة المفردة (SAC)، وهو تحدي معقد في الكيمياء التقليدية، لكنه أبسط في الطور الغازي، حيث يمكن فحص تصادم واحد دون تأثيرات ثانوية مثل الذوبان والتجمع ووجود أيونات مختلفة.
قام بدمج الدراسات التجريبية مع الحسابات الميكانيكية الكمومية للتحقيق في كيفية تأثير عوامل مثل حجم المجموعة وأبعادها، والقياسات الكيميائية، وحالة الأكسدة، ودرجة التشبع التنسيقي، وحالة التجمع، أو الشحنة على العملية الكيميائية.
توفر عملية DEGUSSA، التي يمكن من خلالها إنتاج HCN من الأمونيا والميثان تحت تحفيز البلاتين، مثالاً مقنعًا لكيفية تأثير أساليب شوارتز، القائمة على مطيافية الكتلة، على العمليات الصناعية. نجح شوارتز مؤخرًا في إنتاج مجموعات من أكاسيد ثلاثية النواة تتميز بمزيج فريد من النشاط المعزز والانتقائية. ووجد أن الامتصاص الانتقائي للأيونات في مجموعة معينة يسمح لنا بتوجيه العمليات الكيميائية حسب الرغبة، مع تحديد مطيافية الأيونات للذرات المهمة في الموقع النشط للحافز. تفتح هذه الدراسات مجالًا جديدًا في الكيمياء حيث يمكن تحديد أهمية كل ذرة في العملية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
