Universiteit Leiden

nl en
ca_heckler

Leidse chemici ontdekken ongekend efficiënte katalysator

Leids onderzoek naar de ontwikkeling van een duurzame brandstofcel heeft per toeval een uitzonderlijk efficiënte katalysator opgeleverd voor de productie van waterstofperoxide. De katalysator, die Dennis Hetterscheid en promovendus Michiel Langerman ontdekten, kan mogelijk leiden tot verduurzaming van de productie van waterstofperoxide. Publicatie in Angewandte Chemie.

Langerman is promovendus op de ERC Starting Grant die Hetterscheid in 2014 kreeg. Met deze beurs onderzoekt Hetterscheid manieren om zuurstof op elektrochemische wijze te reduceren tot water. Deze reactie is essentieel in een brandstofcel die zonlicht omzet in waterstof – een duurzame brandstof. De huidige katalysatoren die zuurstof tot water kunnen reduceren, zijn of niet efficiënt genoeg, of gemaakt van zeldzame, dure metalen. Hetterscheid probeert in zijn lab betere katalysatoren te ontwikkelen, om zo water en zonlicht op grote schaal om te kunnen zetten in waterstof. 

Afkijken bij de natuur

Om tot nieuwe katalysatoren te komen, gebruikt Hetterscheid de natuur als inspiratiebron. Zo kijkt hij naar het enzym laccase, dat in veel planten, schimmels en micro-organismen voorkomt. Dit enzym is in staat om zeer efficiënt zuurstof in water om te zetten, zonder daarbij waterstofperoxide te vormen – een instabiele zuurstofverbinding, die fataal zou zijn voor een brandstofcel. De kern van laccase bevat vier koper-ionen die met elkaar samenwerken. Hetterscheid en zijn groep maken soortgelijke kopercomplexen, maar variëren het aantal koper-ionen en de moleculen daaromheen.

Razendsnel koper

Een van die complexen, Cu-tmpa, heeft een kern met één koper-ion. Bij een controle-experiment ontdekten de twee onderzoekers dat dit complex bij bepaalde stroomspanningen geen water, maar waterstofperoxide maakt. En dat uiterst efficiënt. ‘Deze katalysator heeft een zogeheten turnover frequency van 1,8 miljoen,’ zegt Hetterscheid. ‘Dat betekent dat een molecuul van de katalysator 1,8 miljoen waterstofperoxide-moleculen per seconde kan vormen.’ Voor zover bekend in de literatuur is dat de meest efficiënte moleculaire koperkatalysator.

Schoner waterstofperoxide maken

Los van het feit dat de katalysator extreem efficiënt is, is hij ook erg praktisch. Langerman: ‘Waterstofperoxide wordt momenteel niet op een duurzame manier gemaakt. De methode is omslachtig, vervuilend en relatief duur.’ Hetterscheid ziet dan ook een toegevoegde waarde in hun nieuwe katalysator: ‘In plaats van dat waterstofperoxide op grote schaal wordt geproduceerd, geconcentreerd, verscheept, en vervolgens weer verdund, zou je het nu lokaal op kleine schaal kunnen produceren.’ Beide onderzoekers stellen wel dat er vervolgonderzoek nodig is, voordat duidelijk is of deze katalysator op grotere schaal kan worden gebruikt.

Publicatie

Michiel Langerman & Dennis G. H. Hetterscheid (2019) – Fast Oxygen Reduction Catalyzed by a Copper(II) Tris(2‐pyridylmethyl)amine Complex through a Stepwise Mechanism

Waterstofperoxide

Waterstofperoxide wordt onder andere gebruikt voor het ontsmetten van drinkwater en ontstekingen in de mondholte. Daarnaast is waterstofperoxide vaak te vinden in bleekmiddelen, bijvoorbeeld voor het bleken van haren, tanden, stoffen en papier. Zo’n 60 procent van de wereldproductie van waterstofperoxide wordt gebruikt voor het bleken van houtpulp en papier. In 2006 was de geschatte productie van waterstofperoxide 2,2 miljoen ton.
Bron: Wikipedia

Tekst: Bryce Benda

Deze website maakt gebruik van cookies. Meer informatie