Karoliina Honkala
Tutkimusura > Katalyysitutkimuksen teemoja

Kemisteillä on katalyysitutkimuksen alalla selvitettävänä merkittäviä tutkimuskysymyksiä. Keskeinen tutkimusongelma on katalyyttien valikoituvuus eli selektiivisyys. Katalyytit jaetaan tavallisesti kahtia homogeenisiin ja heterogeenisiin katalyytteihin. Heterogeenisillä katalyyteillä tehdyt reaktiot ovat harvoin selektiivisiä, mikä tarkoittaa, että näiden reaktioiden raakatuotteet saattavat sisältää useita kemiallisesti tai stereogeenisesti erilaisia aineita. Homogeenistä katalyyttiä käytettäessä ongelmana on se, että katalyytin erottaminen reaktion lopputuotteista on usein hankalaa ja kallista, vaikka homogeeniset katalyytit ovat usein selektiivisiä. Katalyyttien erottaminen on vaikeaa siksi, että homogeeninen katalyytti on samassa faasissa reagoivien aineiden kanssa.
Katalyysitutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää esimerkiksi lääketeollisuudessa, jossa katalyyttejä käytetään lääkeaineiden syntetisointiin. Tutkijoiden haasteena on löytää katalyyttejä, joiden avulla lopputuotteet olisivat mahdollisimman puhtaita ja stereokemiallisilta ominaisuuksiltaan halutunlaisia. Professori Honkalan tutkimustyön tavoitteena on etsiä ratkaisuja esimerkiksi lääketeollisuuden katalyysireaktioiden kehittämiseksi.
Toinen olennainen kysymys tutkijoille on ollut selvittää, mitä reaktion aikana tapahtuu. Heterogeenisiä katalyyttejä käytettäessä reaktiomekanismejä ei ole aiemmin tunnettu tarkasti. Professori Honkalan tutkimusryhmä on käyttänyt esimerkiksi metalleja katalyysin käynnistäjinä (heterogeenisinä katalyytteinä). Katalyyttinä käytettyjen metallipartikkelien (esimerkiksi palladiumin) pinnalla tapahtuvien reaktioiden mekanismit ovat olleet pitkään melko tuntemattomia. Tutkijat ovat tyypillisesti määrittäneet katalyysireaktiolle tietyt lähtöaineet ja reaktiosta saadaan aikaan lopputuotteita. Sen sijaan on ollut pitkään spekulatiivistä, mitä tapahtuu reaktioiden aikana. Tähän kysymykseen professori Honkala tutkimusryhmineen on etsinyt vastauksia. Esimerkiksi Honkalan oppilaana olleen ja hänen tutkimusryhmässään (2012–2016) työskennelleen FT Sakari Tuokon vuonna 2016 tarkastettu väitöskirjatutkimus ("Understanding selective reduction reactions with heterogeneous Pd and Pt: climbing out of the black box", suom. Heterogeenisella palladiumilla ja platinalla aikaansaatujen selektiivisten pelkistymisreaktioiden ymmärtäminen: pois mustasta laatikosta) liittyi tutkimusasetelmaan, jossa heterogeenisenä katalyyttinä käytettiin palladiumia tai platinaa, kun haluttiin saada kemo- ja stereoselektiivisten mekanismien kautta erilaisilla enaaleilla aikaan haluttuja hydrosilylointireaktioita. Musta laatikko tutkimuksen nimessä viittaa siihen, että reaktioiden mekanismit ovat tuntemattomia. Tuokon väitöstutkimuksessa selvitettiin, miten erilaiset selektiiviset mekanismit toimivat reaktiossa, ja vertailtiin reaktioissa palladiumin pintaan kiinnittyneitä reaktion välituotteita laskennallisen kemian avulla mallinnettuihin välituotteisiin. Väitöstutkimuksessa käytettiin laskennallisen kemian menetelmien lisäksi orgaanisen kemian menetelmiä, mikä on harvinaista jopa maailmanlaajuisesti. Tuokon väitöskirjan ohjaajana toimi apulaisprofessori Honkalan lisäksi orgaanisen kemian asiantuntijana professori Petri Pihko. Väitöstyö oli osa Honkalan laskennallisen katalyysin tutkimusryhmän tutkimusta.
Professori Honkala on kevääseen 2017 mennessä julkaissut yli 70 vertaisarvioitua tieteellistä artikkelia.