Universiteit Leiden

nl en

Efficiënter omgaan met platina in katalysatoren

Auto’s zijn uitgerust met katalysatoren om giftige uitlaatgassen onschadelijk te maken. Platina speelt hierin een belangrijke rol. Leidse fysici en chemici hebben nu voor het eerst op atomair niveau gezien hoe platina als katalysator werkt. Deze kennis helpt om efficiënter om te gaan met deze zeldzame stof. Publicatie in Nature Communications.

De uitlaatgassen van de ruim één miljard auto’s op aarde dragen voor een significant deel bij aan de opwarming van onze planeet. Maar zonder katalysatoren zouden auto’s zelfs nóg veel vervuilender zijn. Nadat giftige uitlaatgassen de automotor verlaten, zetten katalysatoren ze om in minder schadelijke stoffen. Platina speelt hierbij een belangrijke rol door het giftige koolstofmonoxide te elimineren. Dit edelmetaal is erg zeldzaam en wetenschappers doen daarom onderzoek naar een zo efficiënt mogelijk gebruik ervan.

Platina

Platina werkt als katalysator door zuurstofatomen (O) te verzamelen en die te laten binden met het giftige koolstofmonoxide (CO), zodat het minder schadelijke koolstofdioxide ontstaat (CO2). Natuurkundige Joost Frenken en chemici Irene Groot en Matthijs van Spronsen van de Universiteit Leiden hebben nu voor het eerst op atomair niveau in beeld gebracht hoe dit proces in zijn werk gaat. Met een speciale zelfgebouwde microscoop zagen ze een ultradun zuurstoflaagje groeien op een platina oppervlak. Dit gebeurde onder realistische omstandigheden, dus bij dezelfde hoge temperatuur en druk als in een motor, wat de waarneming extra lastig maakte. De onderzoekers ontdekten dat de zuurstofatomen een beetje ‘los’ zitten, zodat ze gemakkelijk kunnen reageren met andere stoffen. Daarmee is er nu voor het eerst een goede verklaring voor de hoge katalytische activiteit van platina in oxidatiereacties.

Efficiënter

Door het mechanisme achter de platina katalysator te ontrafelen, dragen de Leidse wetenschappers bij aan een beter fundamenteel begrip van katalyseprocessen. Uiteindelijk kunnen ze met die kennis efficiënter omgaan met zeldzame materialen, zoals platina in dit geval. Groot: ‘We hebben dan ofwel minder platina nodig voor hetzelfde resultaat, of we snappen de katalysewerking van platina zo goed dat we een vervanger kunnen maken.’

Publicatie

Matthijs A. van Spronsen, Joost W.M. Frenken & Irene M.N. Groot, ‘Observing the oxidation of platinum’, Nature Communications 8 429 (2017)

Met een Scanning Tunneling Microscoop (STM) gemaakte afbeeldingen van een platina-oppervlak onder een druk van 1 atmosfeer zuurstof bij 256 °C. Onder deze omstandigheden vormt zich spontaan een spakenwiel-structuur van ingebedde PtO2-rijtjes met veel structuurfoutjes. De figuur rechts (e) toont het balmodel, met de geoxideerde platina-atomen in lichtblauw, de zuurstofatomen in rood en de gewone platina-atomen aan het oppervlak in donkerblauw (laag 1), grijs (laag 2) en zwart (laag 3).