Door materialen tot op atomair niveau te bestuderen, onderzoekers van de Chalmers University of Technology, Zweden, hebben een manier gevonden om katalysatoren efficiënter en milieuvriendelijker te maken. De resultaten zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie . De methoden kunnen worden gebruikt om veel verschillende soorten katalysatoren te verbeteren.

Katalysatoren zijn stoffen die chemische reacties veroorzaken of versnellen. Voor de meesten van ons, onze eerste gedachte is waarschijnlijk van katalysatoren in auto's, maar katalysatoren worden in een aantal gebieden van de samenleving gebruikt – naar schatting worden katalysatoren gebruikt bij de vervaardiging van meer dan 90 procent van alle chemicaliën en brandstoffen. Hoe ze ook worden gebruikt, katalysatoren werken door middel van complexe atomaire processen. In de nieuwe studie van Chalmers University of Technology, natuurkundige onderzoekers combineerden twee benaderingen om een ​​nieuw stuk aan de katalysatorpuzzel toe te voegen. Ze gebruikten geavanceerde, hoge resolutie elektronenmicroscopie en nieuwe soorten computersimulaties.

"Het is fantastisch dat we erin zijn geslaagd om de grenzen te verleggen en zo'n precisie te bereiken met elektronenmicroscopie. We kunnen precies zien waar en hoe de atomen in de structuur zijn gerangschikt. Door picometerprecisie te hebben - dat wil zeggen, een nauwkeurigheidsniveau tot op een honderdste van de diameter van een atoom - we kunnen uiteindelijk de materiaaleigenschappen en dus de katalytische prestaties verbeteren, " zegt Torben Nilsson Pingel, onderzoeker bij de afdeling Natuurkunde van Chalmers en een van de auteurs van het wetenschappelijke artikel.

Door dit werk, hij en zijn collega's zijn erin geslaagd aan te tonen dat veranderingen op picometerniveau in atomaire afstand in metalen nanodeeltjes de katalytische activiteit beïnvloeden. De onderzoekers keken naar nanodeeltjes van platina met behulp van geavanceerde elektronenmicroscopen in het Chalmers Material Analysis Laboratory. Met methodeontwikkeling door Andrew Yankovich, de onderzoekers hebben de nauwkeurigheid kunnen verbeteren en kunnen nu zelfs sub-picometer precisie bereiken. Hun resultaten hebben nu brede implicaties.

"Onze methoden zijn niet beperkt tot specifieke materialen, maar zijn gebaseerd op algemene principes die kunnen worden toegepast op verschillende katalytische systemen. Omdat we de materialen beter kunnen ontwerpen, we kunnen zowel energiezuinigere katalysatoren als een schoner milieu krijgen, " zegt Eva Olsson, Professor bij de afdeling Natuurkunde van Chalmers.

De werkzaamheden zijn uitgevoerd in het kader van het Competence Center for Catalysis in Chalmers. Om te bestuderen hoe kleine veranderingen in atomaire afstand het katalytische proces echt beïnvloeden, Mikkel Jørgensen en Henrik Grönbeck, doctoraat student en hoogleraar aan de faculteit Natuurkunde respectievelijk, geavanceerde computersimulaties uitgevoerd in het nationale rekencentrum, gevestigd te Chalmers. Met behulp van de informatie van de microscoop, ze konden precies simuleren hoe het katalytische proces wordt beïnvloed door kleine veranderingen in atomaire afstanden.

“We hebben een nieuwe methode ontwikkeld om simulaties te maken voor katalytische processen op nanodeeltjes. Sinds we reële waarden in ons rekenmodel kunnen gebruiken, we kunnen zien hoe de reactie geoptimaliseerd kan worden. Katalyse is een belangrijk technologiegebied, dus elke verbetering is een waardevolle vooruitgang – zowel economisch als ecologisch, ", zegt Henrik Grönbeck.

Het artikel, "Invloed van atomaire plaatsspecifieke spanning op katalytische activiteit van ondersteunde nanodeeltjes, " is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .