Wetenschappers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy hebben een nieuwe klasse op zilver gebaseerde katalysatoren geïdentificeerd voor de productie van het industrieel bruikbare chemische propyleenoxide dat zowel milieuvriendelijk als minder duur is.

"De productie van propyleenoxide heeft een aanzienlijke hoeveelheid bijproducten die schadelijk zijn voor het milieu, met inbegrip van gechloreerd of peroxycarbonzuurafval, " zei chemicus Stefan Vajda van Argonne's Materials Science Division en Center for Nanoscale Materials. "We hebben nanoclusters van zilver geïdentificeerd als een katalysator die deze chemische stof met weinig bijproducten bij lage temperaturen produceert."

Propyleenoxide wordt vaak gebruikt bij het maken van kunststoffen en propyleenglycolen voor verven, huishoudelijke reinigingsmiddelen en remvloeistoffen voor auto's.

De studie is het resultaat van een zeer collaboratief team met vijf Argonne-divisies en medewerkers van het Fritz-Haber-Institut in Berlijn en van de Universiteit van Illinois in Chicago, inclusief een samenwerking tussen de experimentele inspanning onder leiding van Stefan Vajda en de theoretische analyse onder leiding van materiaalchemicus Larry Curtiss en nanowetenschapper Jeff Greeley.

Er zijn grote zilverdeeltjes gebruikt om propyleenoxide te produceren uit propyleen, maar last hebben gehad van een lage selectiviteit of lage conversie naar propyleenoxide, waardoor een grote hoeveelheid koolstofdioxide ontstaat. Vajda ontdekte dat clusters van zilver op nanoschaal, bestaande uit zowel drie atomen als grotere clusters van 3,5 nanometer groot, zijn zeer actieve en selectieve katalysatoren voor de productie van propyleenoxide.

Curtiss en Greeley hebben vervolgens het onderliggende mechanisme gemodelleerd waarom deze ultrakleine nanodeeltjes van zilver zo effectief waren in het maken van propyleenoxide. Ze ontdekten dat de elektronische structuur met open schil van de zilverkatalysatoren de drijfveer was achter de selectiviteit van nanoclusters.

"Propyleenoxide is een bouwsteen bij de creatie van verschillende andere industrieel relevante chemicaliën, maar de huidige methoden om het te creëren zijn niet efficiënt, ' zei Curtis.

"Dit is eigenlijk een heilige graalreactie, " merkte Greeley op. "Het werk opent een nieuw hoofdstuk op het gebied van zilver als katalysator voor propeenepoxidatie, ’ voegde Curtiss eraan toe.

Een paper over dit werk zal worden gepubliceerd in het nummer van 9 april van het tijdschrift Wetenschap .