Katalysatoren op supports
Katalysatoren zijn essentieel voor onze samenleving. De natuur en het menselijk lichaam kunnen niet zonder, maar ze spelen ook een sleutelrol in de productie van brandstoffen, plastics en medicijnen en ze zijn essentieel in de overgang van fossiele naar hernieuwbare chemische bouwstenen. In onze groep onderzoeken we de meest voorkomende katalysatoren: vaste (‘heterogene’) katalysatoren, die meestal bestaan uit nanodeeltjes op dragers: inerte, ondersteunende materialen.
Om het gebruik van vaak dure metalen te optimaliseren, is de actieve fase gewoonlijk in de vorm van nanodeeltjes (< 10 nm) aan. Deze actieve deeltjes worden op poreuze/hoog oppervlak dragers aangebracht. Deze dragers hebben vaak de vorm van pellets of extrudaten met veel grotere afmetingen, zodat ze mechanisch en chemisch stabiel zijn bij hoge temperaturen en drukken in reactoren die meerdere meters of zelfs tientallen meters groot zijn.
Wij zoeken antwoorden op fundamentele vragen omtrent:
- De fundamentele processen tijdens katalysatorpreparatie
- Stabiliteit van katalysatoren
- Effecten van deeltjesgrootte
- Effect van de verdeling van metaaldeeltjes in de katalysator
- Invloed van de support
- Promotoren
Voor zeer relevante conversies:
- CO2 naar brandstoffen en chemicaliën
- Synthese en decompositie van ammonia
- Methanolsynthese
- Fischer Tropsch (/schone synthetische brandstoffen)
- Selectieve oxidatie (epoxidatie van ethyleen en propyleen, CO PROX, oxidatie in vloeistof)
- Selectieve hydrogenering (gas- en vloeistoffase)
- Esterhydrogenering
Katalysatoren maken efficiënte chemische omzettingen mogelijk. Zoals de figuur toont, concentreren ze reactanten, verzwakken ze de bindingen in moleculen door adsorptie, stabiliseren ze intermediairen en sturen ze de reactie naar de juiste producten. Katalysatoren zijn essentieel in de vermindering van het gebruik van energie en materialen.
Essentiële eigenschappen van katalysatoren zijn activiteit (bijvoorbeeld gemeten als turnover frequency, het aantal omgezette moleculen per seconde per metaalatoom aan het oppervlak, of meer praktisch in de omzetting per gram katalysator), selectiviteit (reageren de juiste uitgangsstoffen en worden de juiste producten gevormd?) en stabiliteit (hoe lang gaat een katalysator mee?).
Ag: van Reijen, de Jong(h) et al, J. Catal (2017); Cu: vd Berg et al. Nature Comm. (2016); Au: ; Norskov et al. Nanotoday (2007).
Materials Chemistry and Catalysis 