

הלמוט שוורץ
חתן פרס וולף בכימיה 2025
הלמוט שוורץ
שייכות בעת הענקת הפרס:
האוניברסיטה הטכנית של ברלין, גרמניה
נימוק למתן הפרס:
"על אפיון כמותי של חומרי ביניים פעילים בפאזה הגזית כדי לפתור בעיות עקרוניות בקטליזה".
שותפים לפרס:
ללא שותפים
הלמוט שוורץ (1943 , גרמניה) למד כימיה באוניברסיטה הטכנולוגית בברלין (TUB) שם השלים את עבודת הדוקטורט שלו בשנת 1972 בהנחיית פרדיננד בוהלמן. לאחר שהשלים את הפוסט דוקטורט שלו בשנת 1974 במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס ובאוניברסיטת קיימברידג', מונה לפרופסור ב- TUB בשנת 1978 . שוורץ שימש כסגן נשיא הקרן הגרמנית למחקר (2001 – 2007), כנשיא האקדמיה הלאומית למדעים הגרמנית לאופולדינה (2010 – 2015), וכנשיא קרן אלכסנדר פון הומבולדט (2008 – 2017).
הכימיה עוסקת בראש ובראשונה באטומים ובאופן שבו הם מסתדרים במולקולות, אך הנושא החשוב יותר הוא האופן שבו הסידור המרחבי של האטומים במולקולה משפיע על פעילותם הכימית. למרות שחוקרים רבים ניסו להתמודד עם הבעיה הזאת, היא נשארה בלתי פתורה עד למחקריו פורצי הדרך של פרופ' הלמוט שוורץ.
פרופסור שוורץ הצליח להסביר כיצד תגובות כימיות פועלות ברמה הבסיסית ביותר, במיוחד תגובות שבהן משתתפים אטומי מתכת ומולקולות גזיות. עבודתו מסבירה כיצד מולקולות אינרטיות לכאורה, כגון מתאן (גז טבעי) ופחמן דו-חמצני, משתתפות בתגובות כימיות. לתגליות הללו חשיבות מעשית מכיוון שהן מאפשרות פיתוח תהליכים חדשים לייצור דלקים, להפחתת זיהום, ואפילו להתמודדות עם משבר האקלים. כדי להתמודד עם השאלות הבסיסיות הללו, פיתח שוורץ כלים ושיטות מחקר חדשות, כולל טכניקות מתקדמות בספקטרומטרית מסות. הטכניקות הללו מאפשרות כיום למדענים לעקוב אחרי התנהגותם של אטומים ומולקולות במהלך תגובות כימיות, באופן שמזכיר צילום וידיאו בהילוך איטי. עבודתו של הלמוט שוורץ הדגימה כיצד אנו יכולים להשתמש בכימיה כדי לפתור בעיות עצומות, כמו יצירת מקורות אנרגיה ברי קיימא והפחתת פליטת גזי חממה, תוך העמקת הידע שלנו כיצד הטבע פועל ברמה מולקולרית.
תרומותיו של שוורץ אפשרו לזהות חלקים בקטליזטורים, אשר אחראים להגברת יעילותם. תובנות אלו סללו את הדרך לפיתוח קטליזטורים "מותאמים אישית" המשמשים בתעשייה הכימית לייצור אנרגיה נקייה וכימיקלים משופרים. עבודתו של הלמוט שוורץ הדגימה כיצד כימאים יכולים להתמודד עם אתגרים אדירים, כגון יצירת מקורות אנרגיה ברי קיימא והפחתת פליטת גזי חממה, תוך העמקת הידע שלנו כיצד פועל הטבע ברמה מולקולרית. שוורץ היה הראשון לחשוף את התפקיד המובהק של המבנה האלקטרוני בעת הפעלת קשרי C-H באופן סלקטיבי, בתיווך אטומי מתכת. הוא הדגים את קיומם של מחזורים קטליטיים בכימיה של יוני גז, וסיפק דוגמאות משכנעות לתפקיד המכריע של אפקטים יחסותיים. מעבודתו זו בגזים של תחמוצות מתכות דו-אטומיות "עירומות", נוצר המושג "ריאקטיביות דו-מצבית," שהפך לאחד מעמודי התווך בהבנת המנגנונים המסקרנים של חמצון קשרי C-H בתיווך האנזים P-450 . בשנים האחרונות, התמקדו מחקריו בהבנת ההפעלה הסלקטיבית של קשרי C-H אינרטיים, בעיקר מתאן, לצורך הפיכת פחמימנים למוצרים בעלי ערך מוסף באופן ידידותי לסביבה.
הוא התמודד עם האתגר של קטליזה מבוססת אטום בודד (SAC), שהוא אתגר מורכב בכימיה קונבנציונלית, אך פשוט יותר בפאזה גזית, שבה ניתן לבחון התנגשות יחידה ללא השפעות משניות כמו סולבציה, אגרגציה ונוכחות של יונים שונים.
הוא שילב מחקרים ניסיוניים עם חישובים קוונטו-מכניים כדי לחקור כיצד גורמים כמו גודל וממדיות של צביר, סטוכיומטריה, מצב חמצון, מידת הרוויה הקואורדינטיבית, מצב צבירה או מטען משפיעים על התהליך הכימי.
תהליך DEGUSSA שבאמצעותו ניתן לייצר HCN מאמוניה ומתאן בקטליזה של פלטינה, מספק דוגמה משכנעת לאופן שבו השיטות של שוורץ, המבוססות על ספקטרומטריית מסה, משפיעות על תהליכים תעשייתיים. לאחרונה הצליח שוורץ לייצר אשכולות של תחמוצות הטרונוקלאריות המציגות שילוב ייחודי של פעילות וסלקטיביות מוגברות. הוא מצא כי ספיחה סלקטיבית על יונים באשכול נתון מאפשרת לכוון תהליכים כימיים כרצוננו, כאשר ספקטרוסקופית היונים מזהה את האטומים המשמעותיים באתר הפעיל של הזרז. מחקרים אלה פותחים תחום חדש בכימיה שבו ניתן לזהות את חשיבותו של כל אטום בתהליך.