De katalytische werking van oxides is selectiever te maken door er een zeefje overheen te leggen dat moleculen van afwijkend formaat uit de buurt houdt. Hoe je dat zeefje maakt, valt te lezen op de website van Nature Chemistry.

Zulke oxides zijn van zichzelf helemaal niet selectief: ze oxideren of reduceren alles wat in de buurt komt. Traditioneel probeert men dit te beteugelen door de katalysator te verwerken in een zeoliet of een ander materiaal met goed instelbare poriën. Maar dat remt de reactie soms sterk af: álle moleculen krijgen immers moeite om diep genoeg de poriën in te diffunderen, dus ook de goede. Bovendien werken dit soort reacties vaak met licht, en zie dat maar eens in zo’n porie te krijgen.

De uitvinding van Christian Canlas, Justin Notestein en collega’s van Northwestern University komt er op neer dat je op het oxide-oppervlak eerst een aantal organische moleculen immobiliseert, die net zo groot zijn als de gaten die je in je zeef wilt hebben.

Vervolgens kweek je via ‘atomic layer deposition’ (ALD) een laagje van een ander oxide op je oppervlak. ALD bouwt zo’n laag atoom voor atoom op en dus kun je de laagdikte precies zo instellen (denk aan maximaal 1,5 nm) dat de organische moleculen er nog net bovenuit blijven steken. Uiteraart kies je een oxide uit dat de gewenste reactie niet katalyseert.

Tot slot ets je die organische moleculen weg met ozon (O₃). Je houdt dan gaten over waar een ander, iets kleiner molecuul gemakkelijk in past. Het onderliggende oxide zal dan bij voorkeur reacties katalyseren waarbij een molecuul met die afmetingen betrokken is.

De Amerikanen hebben het uitgepobeerd met TiO₂ als katalyserend oxide en Al₂O₃ als deklaag. Als moleculaire sjabloon probeerden ze onder meer p-tert-butylcalix(4)areen (CAL) en andamantaancarboxylzuur (ACA) uit, stabiele moleculen die zich altijd met dezelfde kant boven op TiO₂ hechten.

Inderdaad bleek het resultaat selectief kleine alcoholen te kunnen oxideren ten koste van grotere, waarbij de selectiviteit beter werd naarmate het Al₂O₃-laagje dichter tegen de makimale laagdikte aan zat.

Volgns de onderzoekers moet dit lukken met een groot aantal combinaties van oxides en sjabloonmoleculen. Ze zijn nog aan het uitzoeken of je op dezelfde manier ook selectieve adsorptiematerialen of sensoren kunt maken.

bron: Northwestern University, Nature Chemistry