12 december 2017

Promotie Frank Hendriks op 20 december

“Eén individueel molecuul volgen is heel bijzonder, maar ook heel lastig”

Hendriks, promotie

Frank Hendriks bestudeerde de toegankelijkheid, structuur en reactiviteit van individuele katalysatordeeltjes, met behulp van fluorescentiemicroscopie als belangrijkste techniek. Zijn werk leidde tot een aantal technologische doorbraken en resulteerde in twee belangrijke publicaties. Op 20 december promoveert Hendriks in het Academiegebouw.

“In mijn eerste experiment richtte ik een microscoop op een katalysator, om met fluorescentie met heel hoge precisie één bepaald soort molecuul te kunnen volgen”, legt Hendriks uit. Hij volgde de beweging van het molecuul door het porienetwerk van  één katalysatordeeltje. “Je volgt echt één individueel molecuul”, legt hij uit. “Dat is heel bijzonder, maar ook lastig. Dit was de eerste keer dat deze techniek toegepast werd op een echte katalysator, in plaats van een modelsysteem. Het geeft aan hoe complex de ‘wegenkaart’ van een katalysator is. Er zijn heel veel wegen die kunnen leiden naar Rome, de katalytisch actieve plaats.”

Je volgt echt één individueel molecuul, dat is heel bijzonder, maar ook lastig
Frank Hendriks Debye

Berg informatie

Na twee weken experimenteren moest Hendriks aan de slag met de resulterende data. “Dat was een berg informatie, filmpjes met in totaal zestigduizend frames. Echt gigabytes aan data. Het was lastig om daar een goed verhaal van te maken.” Na twee jaar analyseren kon Hendriks een verband leggen tussen de beweging van moleculen en het porienetwerk van deze katalysatordeeltjes.

In modelsystemen worden vaak moleculen geobserveerd die slechts kleine verschillen in snelheid laten zien, doordat deze zich in een eenvoudig porienetwerk begeven. “In het complexe netwerk van ons katalysatordeeltje zag het er behoorlijk anders uit,” vertelt Hendriks. “Wij zagen uiteenlopende snelheden, doordat moleculen door poriën met verschillende grootte bewogen.” De resultaten van dit onderzoek, een samenwerking tussen de Universiteit Utrecht en de KU Leuven, werden afgelopen zomer gepubliceerd in het topvakblad Journal of the American Chemical Society.

Extreem hoge resolutie

Tijdens het tweede deel van zijn promotietraject bestudeerde Hendriks de onderlinge samenhang tussen de structuur en de reactiviteit van een katalysator. Dit deed hij met een nieuwe methode om het katalysatormateriaal in dunne plakjes te snijden, waardoor hij zowel de structuur als de activiteit van de katalysator voor het eerst met extreem hoge resolutie kon bekijken. Uit de resultaten komt naar voren dat niet alle zeolieten in katalysatordeeltjes even actief zijn, ook al lijken ze in structuur gelijk.

In tegenstelling tot bij zijn eerste experiment lag het grote werk hierbij niet in de analyse van de resultaten, maar juist het werkend krijgen van de unieke proefopstelling. “Het was een uitdaging om überhaupt metingen te kunnen uitvoeren. Voor dit experiment hebben we eigenlijk twee verschillende soorten apparaten gecombineerd, waarvan er één alleen in vacuüm werkt. Het duurde uiteindelijk een jaar voordat we die combinatie werkend hebben kunnen krijgen.” De analyse van de data, die resulteerde in een publicatie in het topvakblad Angewandte Chemie, duurde bij dit experiment ‘slechts’ een half jaar.

Concrete puzzel

Dat het hem zo lang kostte om deze proefopstelling te laten werken, vond Hendriks eigenlijk niet zo erg. “Iets aan het werk krijgen is een heel concrete puzzel. Dat het analyseren van de data van mijn eerste experiment zo ingewikkeld was, vond ik lastiger. Daarbij wist ik niet wat eruit zou komen, en óf er überhaupt iets uit zou komen. Bij zo’n proefopstelling weet je meteen of het werkt of niet.”

Publicaties

Integrated Transmission Electron and Single-Molecule Fluorescence Microscopy Correlates Reactivity with Ultrastructure in a Single Catalyst Particle
Frank C. Hendriks, Sajjad Mohammadian, Zoran Ristanović, Sam Kalirai, Florian Meirer, Eelco T. C. Vogt, Pieter C.A. Bruijnincx, Hans C. Gerritsen, Bert M. Weckhuysen
Angewandte Chemie, 20 november 2017, doi 10.1002/anie.201709723
Alle auteurs zijn verbonden aan de Universiteit Utrecht

Single-Molecule Fluorescence Microscopy Reveals Local Diffusion Coefficients in the Pore Network of an Individual Catalyst Particle
Frank C. Hendriks*, Florian Meirer*, Alexey V. Kubarev, Zoran Ristanović*, Maarten B. J. Roeffaers, Eelco T. C. Vogt*, Pieter C.A. Bruijnincx*, and Bert M. Weckhuysen*
Journal of the American Chemical Society, 13 september 2017, doi 10.1021/jacs.7b07139
* verbonden aan de Universiteit Utrecht

 

Gerelateerd nieuws