Natuur- en scheikundigen realiseren samen ‘ideale’ katalysator

Multidisciplinaire samenwerking leidt tot 50 keer effectievere katalysatoren

Een team van scheikundigen en natuurkundigen is erin geslaagd om ‘ideale’ katalysatoren te maken, die tot wel 50 keer effectiever zijn dan bestaande katalysatoren. De nieuwe katalysatoren bestaan uit twee verschillende metalen die op nano-niveau met elkaar worden gecombineerd en daardoor perfect een chemische reactie kunnen aansturen. De onderzoekers, onder leiding van Prof. Petra de Jongh (Scheikunde) en Prof. Alfons van Blaaderen (Natuurkunde) publiceren hun bevindingen vandaag in Nature Materials.

Een katalysator is een zeer fijn poeder van metaal-nanodeeltjes dat ervoor zorgt dat chemische reacties sneller en efficiënter verlopen. Katalysatoren maken het mogelijk om bijvoorbeeld duurzamere brandstoffen en chemische bouwstenen te maken.

“Een belangrijke ontwikkeling is om steeds minder te leunen op katalysatoren uit een enkel metaal, maar om twee verschillende metalen te mengen,” legt Petra de Jongh uit. Deze ‘bimetallische katalysatoren’ werken beter, maar zorgen ook weer voor nieuwe uitdagingen. “Het lastige is dat je met de gebruikelijke technieken weinig controle hebt over het mengen. De resulterende nanodeeltjes bevatten niet allemaal evenveel van beide metalen en hebben ook niet allemaal dezelfde vorm en grootte. Terwijl dat juist zeer nauw komt om een echt goed werkende katalysator te maken.”

Chemical reactions occur at the surface of bimetallic nanoparticles
Chemische reacties vinden plaats op het oppervlak van bimetallische nanodeeltjes. Door gouddeeltjes te bekleden met een schil van palladium, werkt de katalysator tot wel 50 keer efficiënter.

Ideale katalysator

De Jongh sloeg daarom de handen ineen met de onderzoeksgroep van Alfons van Blaaderen. “Zij zijn erg goed in het maken van heel veel metaal-nanodeeltjes met allemaal exact dezelfde vorm en grootte”, zegt De Jongh. Promovenda Jessi van der Hoeven vond een manier om een tweede metaal als schil om deze deeltjes heen toe te voegen en ze geschikt te maken voor katalyse. De Jongh: “Uit onze experimenten blijkt dat we met deze methode een ideale goud-palladium-katalysator kunnen maken, die het tot wel 50 keer beter doet dan een katalysator die bestaat uit alleen goud of alleen palladium, of een willekeurig mengsel van de twee.”

Publicatie

Unlocking Synergy in Bimetallic Catalysts by Core-Shell Design
Jessi E.S. van der Hoeven*, Jelena Jelic, Liselotte A. Olthof*, Giorgio Totarella*, Relinde J.A. van Dijk-Moes*, Jean-Marc Krafft, Catherine Louis, Felix Studt, Alfons van Blaaderen*, and Petra E. de Jongh*
Nature Materials, 6 mei 2021, DOI: 10.1038/s41563-021-00996-3

* onderzoekers verbonden aan het Debye Instituut van de Universiteit Utrecht

Vrij toegankelijke versie publicatie