ENGINEERINGNET.BE - Autokatalysatoren worden gemaakt door edelmetalen zoals platina, palladium en rodium in de vorm van nanodeeltjes van enkele nanometers af te zetten op een ondergrond van het materiaal ceriumoxide, ofwel ceria.
De edelmetalen zijn echter zeldzaam en duur. Wereldwijd werken onderzoekers dan ook aan methoden om met minder materiaalgebruik tot eenzelfde of zelfs een betere katalysatoractiviteit te komen.
Zo bewees TU Eindhvoven in eerder onderzoek al dat door het edelmetaal in de vorm van losse atomen te verspreiden op de ceria-drager er niet alleen minder van het dure metaal nodig is, maar dat de katalysator onder bepaalde omstandigheden ook beter werkt.
In het promotieonderzoek van Valery Muravev van TU Eindhoven verlegden de onderzoekers hun blik nu van de metaaldeeltjes naar het dragermateriaal eronder om de werking van de katalysator nog verder te verbeteren.
Ze maakten het ceria in verschillende kristalgroottes en zetten daar ook meteen de edelmetalen op af als losse atomen. Vervolgens bestudeerden ze hoe goed deze combinaties van materialen een extra zuurstofatoom aan koolstofmonoxide wisten te binden.
Kleine ceriakristallen van vier nanometer groot bleken de werking van het edelmetaal palladium opvallend te kunnen verbeteren bij een koude start als er veel koolstofmonoxide aanwezig is.
De meest waarschijnlijke verklaring hiervoor is dat de zuurstofatomen actiever zijn naarmate de ceriakristallen kleiner worden. Onder meer reguliere omstandigheden bleken ceriakristallen van acht nanometer optimaal te zijn voor het bereiken van een hoge activiteit bij temperaturen onder de honderd graden Celsius.
Dit onderzoek laat voor het eerst zien dat het loont om bij het ontwikkelen van katalysatoren niet alleen te kijken naar de edelmetalen die het werk moeten doen: het variëren van de grootte van de dragerdeeltjes waarop de werkzame stoffen zijn aangebracht, biedt een interessante nieuwe mogelijkheid om katalysatoren en daarmee de efficiëntie en specificiteit van chemische reacties te verbeteren.
Dit is bijvoorbeeld ook van belang voor het ontwikkelen van processen om koolstofdioxide uit de lucht met behulp van groene waterstof om te zetten in brandstoffen of grondstoffen voor plastics.
In samenwerking met het Britse bedrijf Johnson Matthey, dat autokatalysatoren maakt, gaan de wetenschappers nu verder verkennen hoe deze vinding zijn weg kan vinden naar nieuwe producten.
