Sterk gedispergeerde platinakatalysatoren bieden nieuwe mogelijkheden voor industriële processen, zoals de vlamloze verbranding van methaan, propaan, of koolmonoxide, die minder uitstoot heeft en efficiënter en consistenter is dan conventionele verbranding. In het journaal Angewandte Chemie , een team van onderzoekers rapporteert welke platinasoorten actief zijn bij oxidaties bij hoge temperatuur en welke veranderingen ze in de loop van het proces kunnen ondergaan - belangrijke voorwaarden voor de optimalisatie van katalysatoren.

Individuele metaalatomen en clusters die uit slechts enkele metaalatomen bestaan, hebben interessante katalytische eigenschappen die worden bepaald door de exacte aard van de actieve metaalsoorten. Gebruikelijk, deze zijn sterk verspreid en afgezet op een drager zoals zeoliet, dat is een poreuze silicaatraamwerkstructuur die ook een rol speelt in de kenmerken van een katalysator. Zelfs de kleinste verandering in de actieve centra kan de efficiëntie van een katalysator drastisch verminderen. Bijvoorbeeld, edele metalen zoals platina hebben de neiging permanent te worden gedeactiveerd door sinteren onder zware omstandigheden.

Welke specifieke platinasoorten een rol spelen bij oxidaties bij hoge temperaturen is moeilijk te bepalen, echter, omdat een aanzienlijk aantal van dergelijke soorten niet gemakkelijk kan worden verkregen zonder de betrokkenheid van hun steun bij de katalyse. Een team onder leiding van Pedro Serna (ExxonMobil Research and Engineering Co., New Jersey, ONS.), evenals Manuel Moliner en Avelino Corma (Universitat Politècnica de València, Spanje) onderzochten het gedrag van individuele platina-atomen en kleine platinaclusters op speciale CHA-zeolieten, die niet-reduceerbare dragers zijn die deze soorten zeer goed kunnen stabiliseren.

Hun eerste experiment was een onderzoek naar het splitsen van O( ₂ ) met behulp van twee verschillende soorten isotopisch zuivere zuurstofmoleculen, ( ¹⁶ )O( ₂ ) en ( ¹⁸ )O( ₂ ). Hoe actiever de katalysator, hoe meer gemengd ( ¹⁶ )O( ¹⁸ )O-moleculen worden gevormd bij recombinatie van de gedissocieerde atomen. Er werd aangetoond dat platinaclusters van minder dan één nanometer significant actiever zijn dan individuele atomen of grotere clusters. Echter, bij gematigde temperaturen (200 °C) vallen de kleine clusters na verloop van tijd uiteen in afzonderlijke platina-atomen en de katalytische activiteit voor het splitsen van zuurstofuiteinden.

In tegenstelling tot, het team ontdekte dat voor de oxidatie van alkanen, zoals methaan, bij hogere temperaturen, de katalytische verbranding werd uitgevoerd door afzonderlijke platina-atomen. Deze worden in situ gevormd in de zuurstofstroom van de initiële clusters, zoals werd aangetoond door röntgenabsorptiespectroscopie en door elektronenmicroscopie. De cruciale stap in deze oxidaties is niet de splitsing van O( ₂ ) maar het verbreken van C-H-bindingen, die minder gevoelig is voor veranderingen in de structuur van de actieve site.

Voor de oxidatie van CO, de katalyse wordt gedomineerd door platinaclusters. Individuele platina-atomen kunnen niet worden gestabiliseerd in de CO-stroom, en daarom, geen rol spelen. In vergelijking met dragers van aluminiumoxide, de CHA-zeoliet zorgde voor een hogere activiteit en grotere stabiliteit van de platinaclusters in aanwezigheid van CO.

De hoge stabiliteit van individuele platina-atomen voor methaanverbranding en van kleine platinaclusters voor CO-oxidatie, die behouden blijft na regeneratie of behandeling met hete stoom, opent nieuwe mogelijkheden voor systemen gemaakt van platina- en silicaatzeolieten als efficiënte en robuuste heterogene katalysatoren voor een verscheidenheid aan oxidatiescenario's bij hoge temperaturen.