Overgangsmetalen op vaste dragers zijn belangrijke heterogene katalysatoren voor de industrie. Om een efficiënte katalysator te maken, moet de actieve metaalfase goed bereikbaar zijn voor de reactanten. Daarbij is een hoge dispersie van de actieve metaalfase over de drager een van de cruciale factor. Het probleem is dat veel industriële katalysatoren kampen met structuurafhankelijkheid, waarbij de katalytische activiteit daalt als de metaaldeeltjes te klein worden. Dit speelt bijvoorbeeld bij CO- en CO₂-hydrogenering op kobaltnanodeeltjes; reacties die relevant zijn voor energieopslag in chemische bindingen.

De groep van Emiel Hensen, hoogleraar anorganische materiaalchemie aan de TU Eindhoven, heeft een manier ontwikkeld om dit probleem te omzeilen. In Nature Catalysis beschrijven ze hoe ze clusters van een paar kobaltatomen gebruiken, die ze stabiliseren met kobaltoxide geplaatst op een ceria-zirconia drager, in plaats van de gebruikelijke kobaltnanodeeltjes. Hensen: ‘De truc is om niet al het kobaltoxide te reduceren. Door een lagere reductietemperatuur te gebruiken kunnen we heel kleine clusters maken waarbij het contactoppervlak tussen metallisch kobalt en kobaltoxide veel groter wordt.’

De sites waar kobalt en kobaltoxide samenkomen blijken veel actiever zijn voor CO₂-hydrogenering dan grotere deeltjes. Daardoor is er veel minder kobalt nodig om dezelfde activiteit te bereiken. De resultaten suggereren dat het reactiemechanisme verandert en dat formiaat belangrijker wordt als intermediair. Volgens de onderzoekers is hun benadering relevant voor het ontwerp van efficiëntere katalysatoren voor andere structuurafhankelijke reacties. Bijvoorbeeld katalysatoren met een hogere activiteit en selectiviteit voor grootschalige processen als het Fischer-Tropsch proces, methanolsynthese en ammoniaksynthese.

Lees de volledige publicatie in Nature Catalysis.