Ontwikkeling van nieuwe zeolietkatalysator toont het grote belang van kleine afmetingen

Dr. Michal Mazur en zijn collega’s van de Faculteit Wetenschappen van de Charles Universiteit in Praag bestuderen katalysatoren die zijn gebaseerd op metalen nanodeeltjes die zijn gestabiliseerd op zeolieten. Onlangs hebben ze een nieuw type zeolietkatalysator ontwikkeld. Hun resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie.

Veel chemische processen, zoals oxidatie-, hydrogenerings-, dehydrogenerings- en reformeringsreacties vereisen het gebruik van heterogene katalysatoren op basis van overgangsmetalen. De prijs van sommige van deze metalen, zoals rhodium of platina, is hoog; dus is de efficiëntie van hun gebruik een sleutelfactor voor industrieel gebruik. Een van de mogelijke oplossingen is om ze te bereiden in de vorm van nanodeeltjes, waardoor een grotere fractie metaalatomen kan worden blootgesteld en effectief kan worden gebruikt.

“Deze situatie heeft veel equivalenten in het gewone leven. Laten we zeggen dat je een bedrijf wilt openen op basis van de verkoop van koffie in Praag. Het is veel beter om veel kleine coffeeshops te openen in verschillende delen van de stad, dan slechts één grote winkel in de stad Hierdoor is uw bedrijf toegankelijker voor klanten en dus efficiënter”, beschrijft Dr. Mazur zijn strategie.

Evenzo is het beter om een ​​katalysator te maken met veel kleine, goed verdeelde nanodeeltjes dan een paar grote stukken metaal, waarbij alleen het oppervlak actief is en de binnenste atomen niet toegankelijk zijn voor reactanten. Vanwege dit feit zijn veel onderzoekers toegewijd aan het stabiliseren van kleine metalen nanodeeltjes op de dragers. Een van de mogelijke en vaak gebruikte dragers zijn zeolieten. Ze hebben verschillende geschikte kenmerken voor de inkapseling van metaal, waaronder stijve raamwerken, fysische en chemische stabiliteit, grote oppervlakken, geordende microporeuze kanalen en instelbare zuurplaatsen. Over het algemeen vertonen ze veel extra functionaliteiten als potentiële ondersteuning voor katalysatoren van metalen nanodeeltjes.

“In ons nieuwe werk hebben we gelaagd zeoliet en zijn kenmerken gebruikt om rhodium nanodeeltjes aan het oppervlak van deze lagen te stabiliseren. We ontdekten dat de specifieke geometrie en locatie van functionele groepen (silanolen) aan het laagoppervlak nanodeeltjes stabiel kunnen maken, zelfs bij hoge temperaturen of bij blootstelling aan zware omstandigheden, zoals oxidatie-reductiecycli of katalysatorregeneratie”, legt Dr. Mazur uit over de onderzoeksresultaten.

“We hebben aangetoond dat het resulterende materiaal een actieve hydrogeneringskatalysator is met een enorm potentieel om selectief te zijn voor volumineuze moleculen. Onze bevindingen werden niet alleen bewezen door geavanceerde experimentele technieken, zoals in-situ transmissie-elektronenmicroscopie, maar ook bevestigd door theoretische DFT-berekeningen. Dit bevinding toonde nieuw inzicht in het ontwerp van katalysatoren en opende nieuwe wegen in de zeolietchemie, daarom zullen we het onderzoek op dit gebied voortzetten, “concludeert hij.