Kunnen we door deze ontdekking straks betere katalysatoren ontwerpen?
Waar aan het oppervlak van een katalysator vinden precies de chemische reacties plaats? Tot voorheen bleef het altijd een uitdaging om de exacte locaties van deze ‘actieve sites’ te identificeren. In een nieuw artikel in Nature onthullen Leidse scheikundigen en hun internationale collega’s nieuwe inzichten over dit vraagstuk. Hun resultaten openen de deur naar efficiëntere katalysatoren voor bijvoorbeeld brandstofcellen.
Een katalysator is alleen efficiënt op specifieke plekjes aan het oppervlak: de actieve sites. Het is dus belangrijk om deze sites goed in kaart te kunnen brengen. Traditionele methodes zijn vaak te simplistisch en kunnen leiden tot foutieve voorspellingen van de reactieve activiteit. Het nieuwe onderzoek onder leiding van Zhenhua Zeng en Jeffrey Greeley van Purdue University (Verenigde Staten) brengt hier verandering in. De chemici keken naar reacties aan het oppervlakte van platina-elektroden.
Een geheel nieuwe categorie
De wetenschappers ontdekten een geheel nieuwe groep van actieve sites, bestaande uit verschillende soorten oppervlaktestructuren die zijn verbonden door spanning en rek in het oppervlak van de katalysator. ‘Met deze kennis kunnen we in de toekomst mooie nieuwe katalysatoren maken voor bijvoorbeeld brandstofcellen en andere elektrochemische apparaten,’ aldus Greeley. Door slim te spelen met de breedte van de actieve sites of door de spanning aan te passen, zouden we in de toekomst betere katalysatoren kunnen maken.
Hoe berekeningen en experimenten elkaar versterken
De Leidse wetenschappers waren verantwoordelijk voor al het experimentele werk van het onderzoek. Voormalig postdoc Arthur Shih voerde een groot deel van dit werk uit, nadat hij de link met Purdue legde. ‘In Leiden hebben we specifieke methodes en elektrodes waarmee we de theoretische berekeningen van onze collega’s in Purdue tot in detail konden testen,’ vertelt Marc Koper, hoogleraar Katalyse en oppervlaktechemie en mede-auteur van het artikel. ‘Het uiteindelijke verhaal is mooi voorbeeld van hoe je door de combinatie van goed-definieerde berekeningen en even goed-gedefinieerde experimentele metingen - en dat laatste is best heel lastig - tot unieke inzichten kunt komen!’
Verder lezen
Lees voor meer informatie het complete persbericht op de website van Purdue University: Purdue Researchers Create a Paradigm Shift in Catalyst Active Site Categorization, Opening Doors to New Catalyst Design
Of lees het wetenschappelijke artikel in Nature: Site-specific reactivity of stepped Pt surfaces driven by stress release.
Internationale samenwerking
Dit onderzoek is een samenwerkingen tussen Purdue University (West Lafayette, Verenigde Staten), Hunan University (Changsha, China), Clarkson University (Postdam, Verenigde Staten) en de Universiteit Leiden.