Met behulp van fluorescentiemicroscopie, doctoraat Kandidaat Frank Hendriks heeft onderzoek gedaan naar de toegankelijkheid, structuur en reactiviteit van individuele katalysatordeeltjes. Zijn werk heeft geleid tot verschillende technologische doorbraken, evenals twee belangrijke publicaties. Hendriks verdedigt op 20 december zijn proefschrift in de Universiteitshal.

"Bij mijn eerste project Ik bestudeerde een compleet katalysatordeeltje met een microscoop en gebruikte fluorescentie om een ​​enkel specifiek type molecuul met een hoge mate van precisie te volgen, Hendriks legt uit. Hij volgde de bewegingen van het molecuul door het netwerk van poriën in een enkel katalysatordeeltje. "Je kunt echt een individueel molecuul volgen, " voegt hij eraan toe. "Dat is heel bijzonder, maar het is ook ontzettend moeilijk. Dit was de eerste keer dat de technologie werd gebruikt op een echte katalysator, in plaats van een modelsysteem. Het laat zien hoe complex de 'roadmap' van de katalysator eigenlijk is. Er zijn vele wegen die naar Rome kunnen leiden, of de katalytisch actieve locatie."

Berg aan informatie

Na twee weken experimenteren, Hendriks ging aan de slag met de resulterende data. "Dat was een hele berg informatie; in totaal 60, 000 videoframes. Gigabytes aan gegevens. Het was moeilijk om daar een goed verhaal van te maken." Na twee jaar analyseren van de gegevens, Hendriks kon verbanden leggen tussen de beweging van de moleculen en het netwerk van poriën in de katalysatordeeltjes.

In modelsystemen, de moleculen die worden waargenomen vertonen vaak slechts kleine variaties in snelheid, omdat ze zich in een eenvoudig netwerk van poriën bevinden. "In het complexe netwerk van ons katalysatordeeltje, het zag er heel anders uit, " zegt Hendriks. "We zagen een grote verscheidenheid aan snelheden, omdat de moleculen door poriën van verschillende grootte bewogen." De resultaten van deze studie, een gezamenlijke inspanning van de Universiteit Utrecht en de Universiteit van Leuven, werden afgelopen zomer gepubliceerd in het invloedrijke Tijdschrift van de American Chemical Society .

Extreem hoge resolutie

In de tweede helft van zijn Ph.D. studie, Hendriks onderzocht de relatie tussen de structuur van een katalysator en zijn reactiviteit. Om dit te doen, hij gebruikte een nieuwe methode om het katalysatormateriaal in dunne plakjes te snijden, waardoor hij voor het eerst zowel de structuur als de activiteit van de katalysator met extreem hoge resolutie kon observeren. De resultaten toonden aan dat niet alle zeolieten in de katalysatordeeltjes even actief zijn, ook al hadden ze vergelijkbare structuren.

In tegenstelling tot zijn eerste experiment, het grootste deel van zijn werk bestond uit het werkend krijgen van de unieke testopstelling, in plaats van de resultaten te analyseren. "Het was een uitdaging om alleen maar metingen te kunnen doen. Voor dit experiment we hebben eigenlijk twee verschillende soorten apparatuur gecombineerd, waarvan er één alleen werkt in een vacuüm. Het heeft een jaar geduurd voordat we de combinatie überhaupt aan de praat kregen." De analyse van de gegevens voor dit experiment, wat resulteerde in een publicatie in het toonaangevende tijdschrift Angewandte Chemie , duurde zes maanden om te voltooien.

Hendriks vond het niet erg dat hij er zo lang over deed om de proefinstallatie werkend te krijgen. "Iets aan het werk krijgen is een heel concrete puzzel. Het feit dat het zo moeilijk was om de gegevens van mijn eerste experiment te analyseren, was frustrerender, omdat ik niet wist wat het zou worden, of het überhaupt resultaten zou opleveren. Met een proefinstallatie je weet meteen of het werkt of niet."