Als Gabor Somorjai ergens door wordt gekenmerkt, dan is het wel door enorme nieuwsgierigheid. Bijvoorbeeld naar wat er gebeurt op een platinakristal. Maar de befaamde katalyseonderzoeker blijft verder kijken. ‘Alzheimer kun je ook zien als deactivering van een katalysator.’

Velen vinden nog steeds dat Gabor Somorjai op zijn minst een halve Nobelprijs voor scheikunde had moeten krijgen. Binnen de wereld van de oppervlaktechemie en de heterogene katalyse is hij immers net zo beroemd als Gerhard Ertl, de Duitse vakbroeder die in 2007 in zijn eentje met de eer ging strijken. Voor de American Chemical Society was het reden om Somorjai met spoed haar eigen hoogste onderscheiding, de Priestley Medal, toe te kennen.

Naar de motieven van het Nobelprijscomité kun je enkel gissen. De meest gehoorde verklaring is dat Ertl altijd uiterst grondig en methodisch te werk is gegaan, terwijl Somorjai zich door zijn nieuwsgierigheid liet leiden en telkens nieuwe wegen insloeg. Zelf vermoedt die laatste ook dat de vork zo in de steel zit. Hij zegt inmiddels over de schok heen te zijn, maar het is wel duidelijk dat het hem nog steeds niet helemaal lekker zit. “Ertl is altijd onder vacuüm blijven werken, en het leven is nu eenmaal geen ultrahoogvacuümsysteem.” Niet voor niets zijn modelsystemen die werken onder hoge druk een belangrijk specialisme van zijn eigen onderzoeksgroep.

Gabor Somorjai groeide op in een joods gezin in Boedapest. Met hulp van de legendarische Zweedse diplomaat Raoul Wallenberg overleefde hij de oorlog. Vlak voor zijn afstuderen als chemisch ingenieur brak de mislukte Hongaarse opstand van 1956 uit, en zag hij zich gedwongen naar het Westen uit te wijken. In Berkeley, Californië, ontvingen ze hem met open armen en op een kort intermezzo bij IBM na is hij daar nooit meer weg geweest. Nu, op zijn 73e, begeleidt hij er nog steeds een tiental promovendi.

Tijdens het NCCC­katalysecongres begin maart in Noordwijkerhout mocht Somorjai als eregast de openingslezing verzorgen. Het werd een pleidooi voor de Homo catalyticus: een allrounder die synthese, productkarakterisering, opbrengst én selectiviteitsstudies voor zijn rekening neemt. “Ik ben dol op dit vakgebied, juist omdat het zo interdisciplinair is. Katalyse kun je niet begrijpen als je in een klein hokje blijft zitten. Je moet verschillende kanten van het verhaal doorgronden en ze bij elkaar optellen. It’s the essence of science.”

Hoe kies je eigenlijk je onderwerpen uit?

“Tsja, I’m looking for new science. Ik probeer dingen te begrijpen die ik nu nog niet begrijp.”

De afgelopen 45 jaar heb je heel wat bij de kop gepakt. Is er een lijn in te ontdekken?

“In de dagen van weleer werkte je met eenkristallen als modelsysteem, en met reacties waar maar één product uitkwam. Bijvoorbeeld ammoniaksynthese, of de omzetting van CO in CO₂. In het begin gebeurde dat onder vacuüm, maar om bij low probability sites te komen moest je wel naar hogere drukken. Neem de C­H­activering in methaan op het 111­oppervlak van een platinakristal: in vacuüm is de kans dat een molecuul daar reageert maar 1 op de 100 miljoen.

Ook werd snel duidelijk dat katalysatoroppervlakken op moleculair niveau veranderen tijdens een reactie. Geef je die dynamica niet de ruimte, dan stopt de katalyse. We hadden dus technieken nodig om de katalysator te bekijken terwijl hij aan het werk was. Zelf heb ik er drie ontwikkeld. Hogedruk­STM­microscopie laat de beweging en herstructurering van de katalysator zien. SFG­spectroscopie toont de reactieintermediairen, en hogedruk­XRS­spectroscopie laat zien hoe de samenstelling van het oppervlak verandert.

Toen we de karakterisering hadden, moesten we op zoek naar betere modelsystemen. Dat is waarom mijn aandacht verschoof van eenkristallen naar de synthese en karakterisering van nanodeeltjes. Platte vlakken verbreken geen bindingen, wel randen en kuilen waar atomen zitten met weinig buren. Om daar het oppervlak te herstructureren hoef je weinig bindingen te verbreken. Als je zo doorredeneert is het logisch dat nanodeeltjes zo actief zijn.”

Tijdens je lezing stelde je dat selectiviteit hét aandachtspunt wordt van de katalyse in de 21e eeuw.

“Inderdaad. Tegenwoordig wil je minder nevenproducten en minder afval. Waarom zijn selectiviteit en opbrengst afhankelijk van grootte en vorm van nanodeeltjes? Ik heb al zeven mogelijke redenen gevonden. Sommige kan ik bestuderen, andere niet. Is het de structuur? Is het de mate van oxidatie? Ligt het aan het grensvlak tussen metaal en oxide? Of alles tegelijk? En ga er maar vanuit dat ze tijdens de reactie allemaal veranderen.”

Nog vragen genoeg, dus.

“Je moet altijd weer toegeven hoe weinig we eigenlijk weten. It makes you humble.”

Heb je er ooit met een hypothese helemaal naast gezeten?

“Zo moet je er niet tegenaan kijken. Correct is dat je zegt: ‘dit wisten we nog niet.’ Verklaringen van waarnemingen veranderen naarmate je je onderzoekstechnieken verfijnt! Informatie die eerder verborgen bleef, wordt dan wél onthuld. Dat wil nog niet zeggen dat die oude technieken verkeerd waren, de data klopten gewoon. Alleen de uitleg die eruit voortkwam, reflecteerde een gebrek aan kennis.”

Je hebt dus vast nog wensen wat betreft meetapparatuur?

“Betere ruimtelijke resolutie. Betere tijdsresolutie: wat ik nu per milliseconde kan volgen, wil ik morgen per nanoseconde of zelfs per femtoseconde kunnen zien. En betere energieresolutie, zodat je energieniveaus nauwkeuriger kunt bepalen. Dat zijn de drie frontiers. Dat alles wil je doen op vast/vast, vast/vloeibaar én vast/gas­grensvlakken. En ook ultrahoge drukken vormen een belangrijk interessegebied.”

En wat is in jouw ogen dan de final frontier?

“Complexiteit. Het menselijk lichaam is een complex, metastabiel systeem. Wil je ontdekken wat er achter de verschijnselen van dat systeem schuilgaat, dan komt de chemie om de hoek kijken. Je daalt af naar moleculair niveau en probeert verbanden te leggen met andere fenomenen. Je gaat van engineering naar moleculair begrip.”

Dat is wel heel wat anders dan platinakristallen.

“Het lichaam is een kookketel van katalytische processen. We weten bijvoorbeeld hoe we huid moeten laten groeien in een petrischaaltje, maar we kennen het achterliggende mechanisme nog niet. Het moet de een of andere enzymatische katalyse op het grensvlak van water en huid zijn.

Medische implantaten zijn ook zo’n onderwerp. Het lichaam houdt van polyurethaan of polycarbonaat, maar polyethyleen leidt direct tot afstoting. Snappen we dat? Natuurlijk niet. Hoe kom je erachter?

Ik wil het allemaal begrijpen, van biobrandstoffen tot biocompatibiliteit. Zelfs de ziekte van Alzheimer kun je zien als een soort deactivering van een katalysator, waardoor de groei van neuronen wordt gestopt. Als ik nu 25 was, dan zou ik waarschijnlijk die richting inslaan. Of misschien stamcellenonderzoek.”

Op een katalysecongres als dit zul je daar weinig over horen.

“Nee, daar is het nog te vroeg voor. De komende 20, 30, 40 jaar zal energieomzetting het belangrijkste onderwerp zijn binnen de katalyse. Water splitsen, biomassa depolymeriseren, betere katalysatoren ontwikkelen voor Fischer­Tropschsyntheses. Hernieuwbare energiebronnen worden een majeure revolutie. Dat zie je elke keer wanneer de energievoorziening een nieuwe richting inslaat. Je moet gaan innoveren. Aan dingen werken waar je vroeger nooit van droomde.”

Een mooie uitdaging voor de oliemaatschappijen?

“Nee, die blijven gewoon boren naar olie. Alleen zit er nu een diamantcoating op de boor. Oude dingen doen met moderne gereedschappen, dat zal altijd de manier blijven waarop bedrijven redeneren.”

Je verwacht dus meer van nieuwe bedrijven dan van oude?

“Absoluut! Ik ken mensen in de olie­industrie die zeggen: ‘Als we aan Fischer­Tropsch beginnen, dan concurreren we met onszelf.’ De vooruitgang zal komen van bedrijven die géén eigen energievoorraden hebben.

Je moet daarbij hopen op ondersteuning van de overheid, van universiteiten, misschien privékapitaal om nieuwe technologie te helpen aan uithoudingsvermogen. Dat heb je nodig omdat wetenschap langzaam werkt.”

Waar ben je het meest trots op?

“Mijn studenten, denk ik. Alles bij elkaar heb ik sinds 1964 zo’n 250 promovendi en postdocs begeleid. Zij verzamelen kennis en kunnen die vertalen naar toepassingen. Ik heb er een stuk of 17 bij Intel zitten, en een enorm aantal bij andere micro-elektronica bedrijven. En wereldwijd zijn er 55 hoogleraar geworden.

Op je eentje kun je zo weinig doen. Pas als je zo’n groep mensen bij elkaar brengt, kun je nieuwe gebieden betreden.”

Feitelijk

Gabor Somorjai

4 mei 1935

1953-1956: studie chemische technologie in Boedapest

1957-1959: promotie, University of California (Berkeley)

1960-1964: IBM Research, New York

1964-heden: docent op Berkeley, hoogleraar sinds 1972

Eredoctoraten in Boedapest, Parijs, Brussel, Ferrara, Szeged, Stockholm,

Manchester en Zürich

Bron: C2W8, 18 april 2009