Irene Groot ontvangt Vidi-beurs: katalysatoren zien op atomaire schaal
Katalysatoren zijn onmisbaar in het dagelijks leven. We weten wat ze doen en min of meer hoe ze dat doen, maar fundamenteel begrip over de werking op atomaire schaal ontbreekt. Daarom ontwikkelt Irene Groot van het Leids Instituut voor Chemie nieuwe meettechnieken om de processen op atoomniveau te ontrafelen. Zij ontving hiervoor een Vidi beurs.
Werkpaard van de chemie
Katalyse is het werkpaard van de chemische industrie. Meer dan 90% van alle materialen en chemicaliën die wij gebruiken zijn namelijk geproduceerd met behulp van katalyse. Een katalysator is een chemische stof die de snelheid en selectiviteit van een chemische reactie beïnvloedt, zonder zelf verbruikt te worden. Het primaire doel van een katalysator is om de reactiesnelheid te verhogen en de gewenste producten met hoge stabiliteit te leveren. Het bekendste voorbeeld van katalyse is de autokatalysator, die giftige uitlaatgassen omzet in minder schadelijke stoffen.
Trial-and-error
Ondanks jarenlang onderzoek is het nog steeds niet mogelijk katalysatoren te ontwikkelen vanuit een rationeel ontwerp. ‘Katalysatoren komen nog steeds tot stand door middel van trial-and-error,’ vertelt Groot. ‘Dit komt doordat de meeste technieken om katalysatoren op atomaire schaal te onderzoeken niet werken onder de typisch industriële omstandigheden, zoals hoge temperaturen en druk. We hebben daarom vooral kennis over katalyse in omstandigheden die anders zijn dan in de praktijk.’ Om katalyse op atomaire schaal te onderzoeken tijdens een échte chemische reactie heeft Groot nieuwe instrumenten ontwikkeld. ‘Met deze speciale microscopen kan ik industriële en maatschappelijk relevante chemische processen onderzoeken. Voorbeelden zijn het verwijderen van zwavel uit olie om zure regen te voorkomen en de productie van schone kunstmatige brandstoffen om CO2-uitstoot in de atmosfeer te verminderen.’
Duurzaam
Groot hoopt met haar Vidi beurs te ontrafelen hoe de exacte reactiemechanismes werken op atomaire schaal. ‘Als we een fundamenteel begrip hebben van katalyse op atomaire schaal, kunnen we beginnen met het ontwerpen van katalysatoren. Nu produceren we ze nog met vallen en opstaan. Wanneer we betere katalysatoren gebruiken, kunnen we deze essentiële chemische processen schoner maken en zo het milieu minder belasten. Bovendien’, voegt Groot toe, ‘zijn beter presterende katalysatoren onmisbaar voor de overgang van een economie gebaseerd op fossiele brandstoffen naar een duurzame economie.’
Speciale techniek
Om de structuur van een katalytisch actief oppervlak te bestuderen, maak de onderzoeksgroep van Groot gebruik van geavanceerde microscopie en spectroscopie. Ze doen dit met echte chemische reacties onder omstandigheden die hetzelfde zijn als in de industrie. De speciale microscopen geven informatie op atomaire schaal en tegelijkertijd informatie over de activiteit van de katalysator. Hierdoor kunnen de onderzoekers structurele veranderingen aan het oppervlak van de katalysator waarnemen op het moment dat ze ook een verandering in activiteit waarnemen.
Headerfoto: binnenkant van de opstelling waar de speciale Scanning Tunneling Microscoop (STM) te zien is.
VIDI
De Vidi beurzen worden uitgereikt door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek. Het financieringsinstrument is bedoeld voor geslaagde postdoc onderzoekers die reeds een eigen onderzoekslijn hebben opgezet en nu een eigen onderzoeksgroep willen starten. Met de beurs ter waarde van 800.000 euro kunnen zij onderzoekers aanstellen en hun eigen carrière een impuls geven. In totaal dienden in deze Vidi-ronde 571 onderzoekers een aanvraag in. Daarvan zijn 86 gehonoreerd. Dat komt neer op een honoreringspercentage van 15%.