‘Nano-legeringen’ van palladium met ruthenium of goud gaan een grootse toekomst tegemoet in de katalysewereld. Om te beginnen zetten ze levulinezuur veel efficiënter om in gamma-valerolacton dan een zuivere palladiumkatalysator. Het vinden van meer toepassingen is simpelweg een kwestie van uitproberen, suggereert een Utrechtse publicatie in Nature Communications.

Je hebt het dan over katalysatoren die bestaan uit kleine, actieve metaaldeeltjes op een interte drager van bijvoorbeeld titaniumdioxide. Gewoonlijk neemt men zuiver metaal voor die deeltjes. Met legeringen van twee metalen zijn wel eerder proeven gedaan, maar die hebben het nadeel dat de eigenschappen nog veel sterker afhangen van de bereidingswijze dan bij een zuiver metaal. Zelfs als je telkens hetzelfde recept gebruikt heb je het resultaat niet helemaal in de hand.

Of dat laatste ook geldt voor het recept van de groep van Bert Weckhuysen, wordt uit de publicatie niet echt duidelijk. Wel dat hun ‘modified impregnation methodology’ (M_Im) het in hun eigen lab erg goed doet. Bij deze methode werk je met een overmaat anionen (Cl^- uit HCl) wat op de een of andere manier de samenstelling van de nanodeeltjes minder afhankelijk maakt van hun afmetingen.

Een op deze manier uit gelijke hoeveelheden goud en palladium bereide kat (1% metaal op TiO₂) blijkt onder meer heel goed in de omzetting van levulinezuur in gamma-valerolacton. Die reactie geldt als uiterst belangrijk voor de biobased economy: levulinezuur is relatief eenvoudig te maken uit de koolwaterstoffen in lignocellulose, en gamma-valerolacton is vaak de eerste tussenstap als je nuttige bouwstenen voor de chemie wilt maken. En de bimetallische kat blijkt hierbij 27 maal actiever dan eentje van puur palladium.

Vervang je het goud door ruthenium, dan werkt de kat nóg sneller, en vormt hij bovendien nauwelijks ongewenste bijproducten. Bovendien geldt voor beide legeringen dat ze veel stabieler lijken te zijn dan het pure metaal.

Wat er precies op het oppervlak van zo’n legering gebeurt blijft een beetje gissen. Maar door combinatie van spectroscopie en microscooptechnieken hebben de onderzoekers wel wat aanwijzingen gevonden. Ze vermoeden dat de twee metaalcombinaties duidelijk verschillend functioneren: goud activeert palladium door aan de elektronenwolk te trekken, terwijl ruthenium zélf de meest actieve component is die door palladium als het ware wordt verdund zodat je na de eerste hydrogenering geen ongewenste vervolgreacties meer krijgt.

bron: UU, CatchBio