Krijn de Jong, ERC Advanced Grant 2013

Wij gebruiken voor het eerst een hele dunne vloeistofcel waar een elektronenbundel doorheen kan en waarmee we het ontstaan van nanodeeltjes kunnen waarnemen
Prof.dr.ir. Krijn de Jong

Waarnemen van het ontstaan van nanodeeltjes in de vloeistoffase

Binnenkort wordt op het Science Park in Utrecht een gloednieuwe elektronenmicroscoop geïnstalleerd. Scheikundige Krijn de Jong en assistent-professor Jovana Zecevic brengen daarmee met hun onderzoeksteam voor het eerst ter wereld de gecontroleerde vorming van nanodeeltjes in de vloeistoffase in beeld. Deze deeltjes maken katalyse mogelijk. Riskant onderzoek; het ERC durfde de uitdaging aan en ondersteunde de aanvraag.

Katalysatoren zijn materialen waarmee chemische reacties worden versneld en gestuurd. De meest grootschalige toepassing van katalyse is te vinden in de olieraffinage. Ook zit in vrijwel elke auto een katalysator. De versnelde chemische reacties op het oppervlak van nanodeeltjes in de kanaaltjes van de katalysator maken de uitstoot van uitlaatgassen schoner. In de chemie wordt katalyse toegepast om bijvoorbeeld plastics en medicijnen te produceren. Een grote chemische fabriek bevat al snel meer nanodeeltjes dan er sterren in het heelal zijn. Tegenwoordig is de toepassing van katalyse vaak duurzaam, bijvoorbeeld in zonnepanelen. Hoewel katalyse al jaren wordt gebruikt, heeft nog nooit iemand de gecontroleerde vorming van nanodeeltjes voor katalyse in de vloeistoffase, in nanoresolutie kunnen waarnemen.

Katalyse op recept

De Jong houdt zich al zijn hele carrière bezig met katalyse: "Tot dusver is katalyse als een recept; we brengen de ons bekende ingrediënten bij elkaar. In dit onderzoek gebruiken we technieken uit de high-tech elektronica, in verbeterde vorm, om met grote precisie de nanodeeltjes te manipuleren voor de katalyse. We gebruiken hele dunne parallelle kanaaltjes waarin we nanodeeltjes van bijvoorbeeld platina en kobalt laten groeien; zo kunnen we de dynamiek van het ontstaan van nanodeeltjes in de tijd waarnemen. Daarnaast proberen we de katalyse te controleren. We maken het daarmee van kunst tot wetenschap."

"Tot nu toe was katalyse alleen onder zeer lage gasdruk te zien, haast vacuüm. Wij gebruiken voor het eerst een hele dunne vloeistofcel waar de elektronenbundel doorheen kan en waarmee we het ontstaan van nanodeeltjes kunnen waarnemen." Voor het onderzoek is chemische en fysische kennis nodig en een nieuwe opstelling met een speciaal ontwikkelde microscoop en dito cel in een daarvoor geprepareerde ruimte. "Om zo min mogelijk last te hebben van trillingen zetten we de microscoop in de kelder van het David De Wiedgebouw."

Een robuust onderzoeksplan

Het onderzoek kent vier fasen en wordt gaande de rit aangepast aan de bevindingen. "Dr. Jovana Zecevic zag in een verkennend experiment al dat het nanodeeltje van vorm verandert als de elektronenbundel door het dunne laagje vloeistof gaat. Dat had niemand verwacht." Om de resultaten van zijn onderzoek te beschermen heeft De Jong vele patenten aangevraagd. "Maar de beste bescherming van een onderzoek als dit is publiceren. De onderzoeksgroep verbindt er dan in het openbaar zijn naam aan."

De Jong koos na vijftien jaar bedrijfsleven bewust voor de wetenschap: "Mijn primaire doel is het opleiden van jonge mensen tot goede onderzoekers. Het onderzoek is riskant, maar ook robuust. Als verschillende dingen anders lopen dan gedacht, behalen we nog steeds bijzondere resultaten waarover we internationaal kunnen publiceren. En, belangrijker nog, waarop jonge mensen kunnen promoveren."

Het team van de Jong maakt deel uit van de onderzoeksgroep Katalyse die inmiddels vier ERC- toekenningen heeft gekregen. "De toekenningen zijn een bevestiging van onze aspiraties. Bovendien kunnen we goede onderzoekers ermee in huis halen."

Tekst: Youetta Visser