Amerikaanse chemici denken te weten hoe de nieuwste vorm van selectieve katalytische reductie precies functioneert. Het heeft meer weg van enzymkatalyse dan je van een puur anorganische zeoliet zou verwachten, schrijven ze in Angewandte Chemie.

Die selectieve katalytische reductie (SCR) is een van origine Delftse uitvinding die vooral in Europa sterk in opmars is, vooral bij vrachtwagens. Het komt er op neer dat je de stikstofoxiden (met name NO) in de uitlaatgassen laat reageren met ammoniak, die je ter plekke genereert uit een ureumoplossing. De stikstof komt dan als N2 uit de uitlaat. De ureum moet je in een apart tankje meenemen; veel tankstations verkopen het tegenwoordig onder de merknaam AdBlue.

Er zijn verschillende katalysatormaterialen die dit voor elkaar krijgen. Vaak zijn het zeolieten, dus poreuze aluminosilicaatkristallen. Het meest recente en tot nun toe best presterende materiaal, Cu-SSZ-13, is een zeoliet waaraan een beetje koper is toegevoegd. Tot nu toe snapte echter niemand waarom Cu-SSZ-13 het zo goed doet.

Janos Szanyi en collega’s van Pacific Northwest National Laboratory komen nu met een antwoord. Het heeft er alles van weg dat Cu interactie vertoont met zowel de N als de O van een NO-molecuul. Ze vormen met z’n drieën een soort ring, waarbij de anders kaarsrechte binding tussen N en O enigszins wordt kromgetrokken. Computersimulaties doen vermoeden dat dit alleen lukt doordat NO maar net in de nanoporiën past - in andere zeolieten is tweemaal zo veel ruimte.

Vervolgens pikt het koper een elektron van NO in, en dát schept weer de mogelijkheid om met ammoniak te reageren.

Szanyi kent maar één andere katalysator die NO eveneens van opzij pakt: het nitrietreductase-enzym waarover sommige bacteriesoorten beschikken.

Het verklaart volgens hem waarom je bij Cu-SSZ-13 geen last hebt van N2O (lachgas) als bijproduct, en waarom de aanwezigheid van NO2 de reactie niet bevordert, wat bij andere zeolieten wel het geval is. In die andere zeolieten wordt NO namelijk maar aan één eind (meestal de N) vastgepakt terwijl het andere eind recht de porie in steekt.

Eerdere publicaties die aannamen dat het bij Cu-SSZ-13 ook zo werkt, moeten dus voortaan met een korrel zout worden genomen.

bron: PNNL

Onderwerpen