Vloeibare platinakatalysator 1000 keer effectiever

Platina kreeg dit weekend veel aandacht als de markering van de 70 . van de koningine Jubileum. De zeldzaamheid maakt het een extreem duur metaal, maar platina heeft ook een aantal zeer waardevolle chemische eigenschappen.

Platina is een krachtige katalysator – het kan een grote verscheidenheid aan chemische reacties verbeteren, van het maken van geneesmiddelen tot het afvangen van CO2 van de lucht. Maar het is meestal te duur om op grote schaal te gebruiken en het vereist vaak zeer hoge temperaturen om te werken.

Een team van Australische onderzoekers heeft een manier bedacht om een ​​zeer kleine hoeveelheid platina als katalysator te gebruiken – bij bijna kamertemperatuur. Deze ontdekking zou platina uiteindelijk een betaalbare manier kunnen maken om koolstofafvang, groene waterstofelektrolyse, ammoniakproductie voor meststoffen en tal van andere industriële processen te verbeteren.

De truc, beschreven in een paper in Natuur Chemie, draait om het mengen van platina met een ander, goedkoper metaal – gallium – en het in een vloeistof veranderen.

Hoofdauteur Dr. Md Arifur Rahim, een postdoctoraal onderzoeker aan de School of Chemical Engineering van de University of New South Wales, zegt dat de groep “al heel lang” aan vloeibaar gallium werkt.

“Gallium is interessant, omdat het een vloeistof is die dicht bij kamertemperatuur komt, net als kwik”, zegt Rahim. Gallium smelt bij 30°C – in de palm van je hand.

“Omdat we vloeibaar zijn, kunnen we deze als een oplosmiddel beschouwen.”

Dit betekent dat gallium, net als wateroplossend zout, andere metalen kan oplossen die gewoonlijk vast zijn bij veel hogere temperaturen. Platina heeft bijvoorbeeld meestal een smeltpunt van 1700°C, maar het kan worden opgelost in gallium nadat het een paar uur op 300°C is verwarmd.

Drie massieve kralen van platina op vloeibaar gallium. Krediet: Dr. Md. Arifur Rahim, UNSW Sydney

En als het eenmaal in dit vloeibare formaat is, wordt het platina een zeer efficiënte katalysator.

In feite was een mengsel waarin slechts 0,0001% van de atomen uit platina bestond, in staat om verschillende soorten testreacties te katalyseren die de onderzoekers probeerden. Deze katalysator was meer dan 1000 keer efficiënter dan een conventionele vaste stof, 10% platina, katalysator en werkte tussen 40°C en 70°C, wat zeer lage temperaturen zijn op industriële schaal.

De computationele modellering van de onderzoekers suggereert een mogelijke reden hiervoor: het heeft te maken met de manier waarop de platina-atomen zijn verspreid in het galliummengsel.

“Het platina aggregeert nooit, en de [platinum] atomen vormen geen cluster’, zegt Rahim.

In plaats daarvan provoceren de platinaatomen de galliumatomen die hen volledig omringen om ook als katalysatoren te werken.

“Het platina activeert ook het gallium in de richting van katalyse”, vat Rahim samen.

Co-auteur Dr. Andrew Christofferson, een onderzoeker bij RMIT zegt: “De magie gebeurt op het gallium onder invloed van platina.

Bal gemaakt van rode en zilveren bollen, meer zilver dan rood, geen van de rode bollen raakt elkaar
Een weergave van het systeem op atomair niveau: rode bollen zijn platina, zilver is gallium. Krediet: Dr. Md. Arifur Rahim, UNSW Sydney

“Maar zonder het platina daar, gebeurt het niet. Dit is compleet anders dan elke andere katalyse die iemand heeft laten zien, dat weet ik. En dit is iets dat alleen door de modellering kan zijn aangetoond.”

Deze stof is niet alleen efficiënter, maar ook praktischer dan zijn vaste tegenhangers. Vloeibare katalysatoren zijn over het algemeen gemakkelijker te verversen en langer te gebruiken bij chemische reacties.

Rahim zegt dat het team nu onderzoekt of gallium dit effect heeft op andere edele metalen (zoals zilver, goud en ruthenium) – allemaal dure en krachtige katalysatoren op zich.

“We zien dat er overeenkomsten zijn, maar ik kan het nog steeds niet [yet] zeggen dat er een rationalisatie is die we kunnen maken”, zegt Rahim.



Leave a Reply

Your email address will not be published.