Oneffenheden gelden als de katalytisch meest actieve plekken op een metaaloppervlak. Maar voor de dissociatie van waterstof op koper gaat die vuistregel niet op, onthulden Leidse onderzoekers onlangs in een hot paper in Physical Chemistry Chemical Physics.

Ludo Juurlink en collega’s stelden zowel experimenteel als theoretisch vast dat H₂ beter blijft ‘plakken’ op een spiegelglad Cu(111) -kristaloppervlak dan op een trapvormig Cu(211)-oppervlak.

Ze tekenen er bij aan dat dit interessant is om te weten als je CO₂ katalytisch wilt omzetten in methanol. Vanwege de zorgen over klimaatverandering komt dat proces steeds meer in de belangstelling te staan, en dissociatie van H₂ op koper is een van de reactiestappen.

De koperatomen op de randen van de (211)-trapjes zijn laag gecoördineerd, wat wil zeggen dat ze door relatief weinig collega’s worden omringd. De meeste onderzoekers nemen aan dat zulke structuurelementen bevorderlijk zijn voor effectieve katalyse, en dat dat een van de redenen is dat nanodeeltjes met relatief veel randjes zulke goede katalysatoren zijn. Opnames met STM-microscopie lijken te bevestigen dat het zo werkt, al komt daar een hoop interpretatie bij kijken omdat de resolutie van de beelden eigenlijk net niet voldoende is.

Voor de dissociatie van H₂ op platina lijkt het ook op te gaan, en dichtheidsfunctionaaltheoretische berekeningenvoorspelden dat het ook voor H2 op koper zou moeten gelden. Maar eind vorig jaar meldde promovendus Kun Cao al in het Journal of Physical Chemistry Letters dat die voorspelling niet klopt. Door koperoppervlakken te bombarderen met een molecular beam van deuteriummoleculen, stelde hij vast dat die juist het beste hechten op een glad (111)-oppervlak, en op dat moment dus ook reactiever zouden moeten zijn.

In dezelfde publicatie liet postdoc Gernot Füchsel zien dat de metingen theoretisch verrassend goed zijn te verklaren wanneer je de DFT-berekeningen overdoet met een zogeheten specific reaction parameter-functionaal.

In Physical Chemistry Chemical Physics hebben Cao en Füchsel dit verder uitgewerkt, met aanvullende experimentele gegevens en een wat meer gedetailleerde theoretische uitwerking. De conclusies blijven hetzelfde.