Een nano-sandwich van een metaal tussen twee verschillende metaaloxides kan twee opeenvolgende reacties tegelijk katalyseren. Dat opent geheel nieuwe perspectieven voor de industriële katalyse, aldus Peidong Yang en Gabor Somorjai (UC Berkeley) in Nature Chemistry.

Het gaat dan specifiek om reacties die niet worden gekatalyseerd door het pure metaal of de oxides, maar door de grensvlakken tussen die stoffen. Drie materialen leveren twee verschillende grensvlakken op.

De kunst is dan om zo veel mogelijk grensvlak te krijgen dat vrij toegankelijk is voor de reactanten. De auteurs hebben dat opgelost door van twee van de drie materialen (in dit geval respectievelijk ceriumoxide en platina) kubusvormige nanokristalletjes te maken, met ribben van 6 tot 8 nanometer.

Van de derde component, in dit geval siliciumoxide, maak je een vlakke plaat die dient als drager. Daar deponeer je eerst een laag platina-nanokubusjes op, zò dat er telkens 2 à 3 nanometer ruimte tussen zit. Kleine reactanten kunnen er zo gemakkelijk tussen komen en het grensvlak tussen sliciumoxide en platina bereiken.

Daar weer bovenop komt een monolaag van ceriumoxidekubusjes, met een iets grotere tussenruimte (4 à 5 nm). Illustraties in het artikel suggereren dat de kubusjes netjes op elkaar worden gestapeld; elektronenmicroscoopopnamen verraden dat het in de praktijk een stuk slordiger gaat maar voor de werking lijkt dat niet uit te maken.

De grensvlakken tussen de CeO2- en Pt-kubusjes kunnen nu de splitsing van methanol in waterstof en koolstofmonoxide katalyseren. Aan het grensvlak tussen Pt en SiO2 worden die producten vervolgens benut voor de selectieve hydroformylering van etheen tot propanal.

Volgens de auteurs werkt het verrassend goed.

bron: Berkeley Lab

Onderwerpen