Een deel van de proefopstelling.

Of de katalytische activiteit van een nanodeeltje vooral in de scherpe randen zit of ook op de vlakke plekken, hangt vooral af van de reactietemperatuur. Dat melden de Leidse onderzoekers Irene Groot, Aart Kleyn en Ludo Juurlink in Angewandte Chemie.

Tot nu toe was de wetenschap het er niet over eens waar die activiteit van zo’n heterogene katalysator precies in zat. Theoretisch gezien mag je het meeste verwachten van scherpe randen (‘steps’), waar de atomen als het ware uit het kristalrooster van de katalysator steken. Menig experiment heeft dat ook bevestigd. Maar anderen vonden juist dat de vlakke zijkanten (‘terraces’) de meeste activiteit vertoonden.

De waarheid blijkt nu ergens in het midden te liggen. Bij lage temperaturen zijn de ‘steps’ inderdaad het meest actief. Maar stijgt de temperatuur, dan knallen de (gasvormige!) reactanten met steeds hogere snelheid tegen de katalysatordeeltjes op. Uiteindelijk brengen ze daarbij voldoende energie mee om ook op de vlakke gedeeltes te kunnen reageren.

Of vervolgens de randen of de vlakke stukken de grootste bijdrage aan de reactie leveren, hangt van de afmetingen van de nanodeeltjes af. Als ze groter worden, neemt immers het beschikbare ‘terrasoppervlak’ meestal sneller toe dan de hoeveelheid randjes.

De onderzoekers hebben het uitgeprobeerd met de ontleding van waterstof op een platinakatalysator. De hypothese werd vooralsnog bevestigd.

Dankzij de ontdekking kan het ontwerp van nano-katalysatordeeltjes voortaan wat gerichter worden aangepakt. Tot nu toe gaat dat nog sterk via ‘trial and error’.

bron: FOM.

Onderwerpen