Berekende HOMO- en LUMO-orbitalen voor clusters van 6,8 en 10 goudatomen.

Het katalytische effect van een handvol goudatomen kun je onmogelijk observeren. Maar je kunt het wel heel aardig op de computer simuleren, suggereert het omslagartikel van Catalysis Science & Technology.

Dat effect zou bijvoorbeeld betrekking kunnen hebben op de omzetting van CO uit uitlaatgassen in CO2, of de behandeling van synthesegas met stoom waarbij CO en H2O via de aloude shiftreactie reageren tot CO2 en H2. Nu worden daar nog vaak platinakatalysatoren voor gebruikt, maar er zijn aanwijzingen dat het ook kan met goud dat verdeeld is in sub-nanoclusters van een stuk of acht goudatommen. Per saldo zou je dan veel minder edelmetaal nodig hebben en dus veel goedkoper uit zijn.

Probleem is alleen dat de chemie van zulke kleine goudclusters nog grotendeels onbegrepen is. Vast staat dat hij totaal afwijkt van die van grotere deeltjes. Maar hoe het bijvoorbeeld komt dat een cluster van acht atomen wél werkt en een van zes atomen niets doet, bleef een raadsel.

De simulaties van Nima Nikbin, Giannis Mpourmpakis en collega’s werpen daar nieuw licht op. Gerekend werd aan goudclusters die plat liggen op een ondergrond van magnesiumoxide waar hier en daar een zuurstofkern aan ontbreekt; de clusters worden hierdoor negatief geladen.

De berekeningen laten zien dat clusters van zes, acht of tien atomen dan totaal verschillende patronen van elektronendichtheid vertonen. En dat hierdoor de energieniveaus zó uitkomen dat het geen wonder is dat acht goudatomen de oxidatie van koolstofmonoxide goed katalyseren, tien een beetje minder en zes helemaal niet.

Dat de uitkomsten overeenkomen met experimentele waarnemingen,is uiteraard goed nieuws voor de onderzoekers. Al bewijst het niets.

bron: University of Pittsburgh