ENGINEERINGNET.BE - CO2 opruimen of omzetten in iets bruikbaars wordt steeds vaker gedaan, bijvoorbeeld in de energie- en transportsector, waar enorme hoeveelheden van het broeikasgas worden uitgestoten.
Om zo’n opruimproces goed en snel te laten verlopen, is een katalysator nodig. In geval van het veelgebruikte CO2-hydrogenering is dat een nikkel-ondersteunende titaniumdioxide-katalysator.
De onderzoekers toonden aan dat de werking van deze katalysator sterk afhankelijk is van de temperatuur waarmee deze wordt bereid. De selectiviteit en de activiteit van de katalysator waren veel beter tijdens CO2-hydrogenering bij een voorbehandelingstemperatuur van 600 graden Celsius dan bij 400 graden Celsius.
Een betere selectiviteit is wenselijk omdat de katalysator minder ongewenste bijproducten levert. Een betere activiteit zorgt voor een sneller verloop van de katalytische reactie. De onderzoekers verwachten dat dit principe ook geldt voor katalysatoren met andere metaaloxiden dan titaniumoxide.
Het onderzoeksteam maakte de werking van het ontdekte principe zichtbaar met geavanceerde elektronenmicroscopie. Dat deden ze met ongeëvenaarde precisie: op atoomniveau. Ze brachten een speciale nanoreactor, waarin het katalytische proces plaatsvond, aan in de microscoop en konden zo precies zien wat er gebeurde met de katalysator.
“Tijdens het proces zie je de titaniumatomen als laagjes op het nikkel kruipen en er weer vanaf gaan”, aldus professor Bert Weckhuysen van UUtrecht.
“Bij een hoge voorbehandelingstemperatuur bleven er titaniumatomen achter op het nikkel. Bij een lage temperatuur verdwenen de laagjes titaniumatomen volledig.”
Dat twee chemische elementen, zoals nikkel en titanium, met elkaar interacteren en een katalysator vormen, is een oud concept dat bekend staat onder de naam strong metal support interaction, ofwel SMSI. Deze studie maakt voor het eerst zichtbaar wat er daadwerkelijk op atoomniveau gebeurt.
Het internationale onderzoeksteam dat aan de studie werkte, is zeer interdisciplinair. Volgens professor Sara Bals van UAntwerpen is dit van doorslaggevend belang geweest voor het behalen van de resultaten.
“We gebruikten elektronenmicroscopietechnieken die over het algemeen moeilijk te combineren zijn met experimenten in een nanoreactor”, zegt Bals.
“Onderzoekers met verschillende achtergronden en toegang tot diverse geavanceerde technieken hebben elk kleine stukjes van een grotere puzzel gelegd. Uiteindelijk hebben die samen geleid tot het complete beeld.”
