Doorbraak: nieuwe katalysator maakt waterstof en CO2-conversie goedkoper en veel efficiënter
In dit artikel:
Een internationaal team uit Italië, Japan en Zwitserland publiceerde onlangs in Nature Communications een methode om single-atom katalysatoren op atomair niveau te bouwen en stabiel te houden, ook boven kamertemperatuur. Waar conventionele katalysatoren vaak veel metaalatomen “verspillen” doordat alleen oppervlak-atoomplaatsen reageren, brengt deze techniek elke metaalatoomfunctie volledig naar buiten zodat reagentia er toegang toe hebben. Zoals hoofdonderzoeker dr. Marco Di Giovannantonio het formuleert: “Om maximale katalytische efficiëntie te bereiken, moeten we ervoor zorgen dat elk atoom ... toegankelijk is voor reagentia.”
De onderzoekers combineerden on-surface synthesis (OSS) met atom-resolutie scanning probe microscopy om eendimensionale organische polymeren met periodieke zijketens te maken. Die zijketens fungeren als nauwkeurige ankerplaatsen voor individuele metaalatomen. Het resultaat is een aanpasbare, synthetische architectuur die verkleining en aggregatie van metaalatomen voorkomt en de actieve sites stabiel houdt bij hogere temperaturen — een belangrijke verbetering ten opzichte van eerdere single-atom systemen die alleen onder extreem gecontroleerde omstandigheden werkten.
Theoretische berekeningen laten zien dat deze polymeren bovendien veel sterker binden aan industriële gassen zoals CO, O2 en H2 dan traditionele substraten, wat beter stabiliseren van reactiemiddelen mogelijk maakt. Dat opent concrete kansen voor efficiëntere processen zoals CO2-conversie, waterstofproductie en de fabricage van schonere brandstoffen, plus preciezere omzetting van grondstoffen met minder energieverlies. De architectuur is bovendien modulair: verschillende metalen en liganden kunnen worden ingebracht afhankelijk van het gewenste katalytische traject.
Prof. Akimitsu Narita benadrukt dat de aanpak niet alleen een nieuw bouwprincipe voor single-atom katalysatoren oplevert, maar ook de basis legt voor rationele ontwikkeling van organometallische nanomaterialen met industriële toepassingsmogelijkheden. Kort samengevat maakt dit werk de lang nagestreefde belofte van atomair controleerbare katalyse een stuk praktischer: het brengt ontwerpbaar, stabiel en schaalbaar functioneren van individuele metaalatomen binnen handbereik en kan zo de chemische industrie groener en energie-efficiënter maken.