FOCUSGEBIED CHEMIE IN RELATIE TOT TECHNOLOGIE EN DUURZAAMHEID
Publiekssamenvattingen 2007-2008
TOP-subsidie
• Prof. dr. ir. K.P. de Jong (UU) – Fundamenteel onderzoek naar de bereiding van katalysatoren op nanogestructureerd dragermateriaal
Katalysatoren worden gebruikt voor het versnellen van chemische reacties en het sturen daarvan in de richting van de gewenste producten. Als toepassingen van katalysatoren kan men denken aan het raffineren van aardoliefracties, het maken van plastics, antivries en medicijnen en het reinigen van uitlaatgassen van autos. Katalysatoren bestaan veelal uit oxidische materialen (bv. SiO2 en Al2O3) met een hoog specifiek oppervlak (vaak hoger dan 100 m2/g en soms wel 1000 m2/g) met daarop aangebracht een actieve component, vaak een metaal zoals nikkel (Ni), kobalt (Co) of koper (Cu). Deze metaaldeeltjes hebben vaak afmetingen van enkele nanometers (1-10 nm) terwijl de oxidische dragerdeeltjes circa 10-100 nm zijn. Om deze kleine metaaldeeltjes te maken kan gebruikt worden van een methode die we als ‘impregneren en drogen’ aanduiden. Laten we als voorbeeld de bereiding van Ni/SiO2 katalysatoren beschrijven. We gaan dan uit van een oplossing van nikkelnitraat (een zout, vergelijkbaar met keukenzout) in water die we laten opzuigen door de poreuze siliciumdioxide drager. Daarna wordt het water verdampt zodat kleine nikkelnitraat kristallieten zich afzetten op de drager. Vervolgens verhitten we het systeem in lucht zodat er nikkeloxide kristallen ontstaan die we dan tot slot reduceren met waterstof zodat er kleine nikkel metaaldeeltjes ontstaan op de drager, Ni/SiO2. In het onderhavige voorstel bestuderen we de eerste stappen van deze methode om katalysatoren te maken, dat wil zeggen de impregnatiestap en de droogstap. Het in namelijk gebleken dat deze stappen lang niet optimaal verlopen. Er wordt soms maar 50% van het drageroppervlak met metaaldeeltjes bezet. Dit komt omdat de bevochtiging van de drager door de metaalzoutoplossing niet vlot verloopt. We stellen onderzoek voor om de oorzaak hiervan vast te stellen. Vervolgens bestuderen we de kristallisatie van de kleine kristallen. Voor dit onderzoek maken we gebruik van de zogenaamde geordende mesoporeuze materialen die een honingraat structuur hebben op nanometerschaal. Verder maken we gebruik van geavanceerde technieken zoals 3-dimensionale elektronenmicroscopie om vast te stellen hoe deze processen verlopen. Door dit onderzoek begrijpen we meer van de productie van materialen die geordend zijn op nanometerschaal en we kunnen katalysatoren voor vele processen met verbeterde en met nieuwe eigenschappen maken.
ECHO-projectsubsidies
• Prof. dr. W.J. van der Zande (RU) - Hoe moleculaire interacties in onze atmosfeer absorptie van zonlicht beïnvloeden
Fotonen uitgezonden door de zon worden gedeeltelijk geabsorbeerd. Satellieten nemen dit waar en verkrijgen zo concentraties ozon, CO, H2O, etc. De absorptie door zuurstof wordt gebruikt om de hoeveelheid ‘zichtbare’ atmosfeer te meten. Ons onderzoek gaat de nauwkeurigheid van zuurstofmetingen verbeteren door de rol van de miljard botsingen per molecuul per sec en de interacties tijdens die botsingen op het absorptiegedrag experimenteel en theoretisch vast te leggen.
• Prof. dr. J.N.H. Reek (UVA) en prof. dr. M. Bonn (AMOLF) - Tijdsopgeloste operando spectroscopie in een microreactor voor kinetische analyse van (ultra?)snelle chemische reacties
Dit projectvoorstel beoogt het oplossen van snelle reactie kinetiek in microreactoren. De voorgestelde benadering combineert (i) ultrasnelle menging van reactanten d.m.v. hydrodynamisch focuseren; (ii) kwantitatieve, label-vrije detectie op basis van moleculaire vibratiespectra spectrum met multiplex CARS microscopie, en (iii) microseconde tijdsoplossend vermogen dankzij de hoge spatiele resolutie langs de microkanalen.
• Dr. F. Hartl (UVA) - Supramoleculaire assemblies van nieuwe ijzer-hydrogenase modellen en metaalporfyrines voor fotochemische waterstof productie
Fotochemische productie van waterstof als schone en duurzame energiebron is een belangrijke technologische uitdaging. Wij benaderen dit doel met een drie-componenten systeem, gebaseerd op een metaalporfyrine (Zn, Al, Sn, Ru) voor de absorptie van zichtbaar licht gebonden aan een Fe-Fe actieve site als proton-reductor, analoog aan natuurlijke systemen in cyanobacterieën.
• Dr. L.B.F. Juurlink (UL), prof. dr. ir. R.A. van Santen (TUE) en Prof. dr. A.W. Kleyn (FOM-Rijnhuizen) - Een alternatief mechanisme om methaan om te zetten
Al jaren overheerst het idee dat heterogeen katalytische reacties van CH4 starten met het verbreken van een C-H binding op een schoon deel van het metaaloppervlak. Wij onderzoeken m.b.v. experimenten en theorie een alternatieve chemische route waarbij een CH4 molecuul direct reageert met een H-atoom op het oppervlak.
• Dr. ir. T.A. Nijhuis (TUE), dr. E.V. Rebrov (TUE) en prof. dr. ir. J.C. Schouten (TUE) - Directe epoxidatie van propeen in een microreactor
De productie van propeenoxide over goud-katalysatoren biedt grote voordelen boven bestaande processen. De goudkatalysatoren zijn echter nog onvoldoende actief. In een microreactorsysteem is het mogelijk deze katalysatoren een veel hogere activiteit te laten hebben door deze te laten werken met een gasmengsel wat potentieel explosief is. Het zeer kleine volume van een microreactor maakt dit veilig mogelijk.
