Oppervlaktegeometrie belangrijkste voorwaarde voor katalyse

Clusters van aluminiumatomen zijn in staat om bij kamertemperatuur waterstof af te splitsen van watermoleculen, zonder dat je extra energie hoeft toe te voeren. Maar het lukt alleen als de clusters een heel bepaalde geometrie hebben, zo melden Amerikaanse onderzoekers vandaag in Science.

Eerder werd de katalytische werking van zulke negatief geladen clusters toegeschreven aan het gedrag van de elektronenwolk waar ze door worden omringd. Maar bij het splitsen van water blijkt dit nauwelijks een rol te spelen.

Volgens de onderzoekers is de belangrijkste voorwaarde dat een watermolecuul zich tegelijk kan binden aan twee punten op het cluster, waarvan er een zich gedraagt als een Lewiszuur en het andere als een Lewisbase. Het ‘zure’ punt bindt zich dan aan zuurstof, en het ‘basische’ trekt er een waterstofkern van af. Als dat met twee watermoleculen gebeurt, kunnen de kernen zich vervolgens combineren tot H₂.

Of dit mogelijk is, hangt dus helemaal af van de afstand tussen de actieve plekken op het cluster. Met Al₁₆^-, Al₁₇^- en Al₁₈^- blijkt het te lukken. Andere formaten binden wel water maar produceren geen waterstof.

De onderzoekers zoeken nog een manier om de resterende OH-groepen weer van de clusters af te krijgen, zodat die telkens opnieuw kunnen worden gebruikt. Voor praktische toepassing va dit waterstofproductieproces is dat uiteraard een belangrijke voorwaarde.

bron: Penn State University