Utrechtse chemici ontwikkelen ongekend precieze nanosensor voor katalytische reacties

Om betere en efficiëntere katalysatoren te ontwikkelen, is het belangrijk om exact te weten wat er tijdens een katalytische reactie gebeurt. Utrechtse scheikundigen hebben een nieuwe nanosensor ontwikkeld, die op een ongekend detailniveau inzicht geeft in de lokale temperatuur en relevante chemische stoffen op het oppervlak van de katalysator. De onderzoekers namen met deze nieuwe sensoren direct al onverwachte resultaten waar, die invloed kunnen hebben op de werking van de katalysator. De resultaten worden op 23 september 2019 gepubliceerd in Nature Catalysis.

De nieuwe nanosensor kan met een combinatie van luminescentie-thermometrie en zeer verfijnde Raman-spectroscopie heel precies de temperatuur en de chemische stoffen waarnemen op het oppervlak van een katalysatormateriaal. Deze techniek opent een heel nieuwe manier om de reactiviteit van een katalysator te meten, melden de onderzoekers in de publicatie. De onverwachte waarnemingen wijzen erop dat deze nieuwe manier van meten essentieel is om te begrijpen hoe de katalysator precies werkt.

40 graden verschil

Onderzoeksleider Bert Weckhuysen: “Met deze techniek kunnen we exact zien welke chemische stofjes naar de actieve site van een katalysator gaan, op de actieve site zitten en er weg van bewegen.” De onderzoekers namen hierbij een reactieintermediair waar dat ze voorheen niet konden toewijzen.

Daarnaast blijkt uit de nieuwe metingen dat de lokale temperatuur op het oppervlak van katalysatordeeltjes tijdens een reactie heel anders kan zijn dan de ingestelde temperatuur van de reactor. Weckhuysen: “Het is alsof de thermostaat in de kamer op 20 graden staat, maar je meet nu voor het eerst de temperatuur op de bank, en het blijkt daar 30 graden te zijn.” Dat verschil kan tijdens een katalytische reactie oplopen tot wel 40 graden Celsius, blijkt uit metingen met de nieuwe sensor.

Publicatie

Operando Monitoring of Temperature and Active Species at the Single Catalyst Particle Level
Thomas Hartman, Robin G. Geitenbeek, Gareth T. Whiting, Bert M. Weckhuysen
Nature Catalysis, 23 september 2019, doi: 10.1038/s41929-019-0352-1

Alle auteurs zijn verbonden aan de Universiteit Utrecht.