Voor het eerst kun je meten hoe gemakkelijk waterstofatomen bewegen over een katalysatordrager. Tot nu toe kon je daar alleen naar gissen. Het maakt de ontwikkeling van nieuwe katalysatoren weer een beetje rationeler, blijkt uit een Nature-publicatie van de groep van ETH-onderzoeker Jeroen van Bokhoven.

Die beweging staat bekend als ‘hydrogen spillover’. Ze is erg handig wanneer je werkt met dragers waarop twee typen katalysator-nanodeeltjes liggen: een om H₂ te splitsen en een om de resulterende H’s te laten reageren met iets anders. Zonder spillover moeten die deeltjes tegen elkaar aan liggen, mét spillover hoeft dat niet.

Maar in de praktijk lukt het nooit om die deeltjes op gelijke afstanden op een drager te leggen. Dan weet je dus ook niet of er daadwerkelijk spillover optreedt of dat het hele katalytische effect is te danken aan een paar deeltjes die toevallig tegen elkaar aan zijn gerold.

Van Bokhoven en promovendus Waiz Karim hebben nu een opzetje bedacht waarbij die afstand wél precies bekend is, en bovendien instelbaar. Met elektronenstraallithografie (EBL) ‘tekenen’ ze nanodeeltjes rechtstreeks op een drager: een rijtje platina en een rijtje ijzeroxide, met onderlinge afstanden die oplopen van 0 tot 45 nm. Met röntgenabsorptiespectroscopie (XAS), ingebouwd in een röntgenfotoemissie-elektronenmicroscoop (X-PEEM) scannen ze vervolgens de ijzeroxidedeeltjes een voor een. Als je meet dat het ijzeroxide wordt gereduceerd tot ijzer, dan weet je dat de op het platina gevormde waterstofatomen het hebben bereikt.

Het bevestigt het vermoeden dat de spillover heel erg afhangt van de aard van de drager. Bestaat die uit een reduceerbaar oxide, zoals TiO₂ waarin Ti⁴⁺ zich laat omzetten in Ti³⁺, dan bereikt waterstof het ijzeroxide ongeacht de afstand. Maar op aluminiumoxide, dat niet reduceerbaar is, komt waterstof niet veel verder dan een paar nanometer. Het laat gemakkelijker los van het oppervlak dan dat het horizontaal verder beweegt. Dat werd al vermoed, maar we weten het nu tenminste zeker.

Bron: ETH, Nature