Een legering van palladium en tin katalyseert de rechtstreekse vorming van waterstofperoxide uit waterstof en zuurstof zonder het meteen te laten doorreageren tot water. Ideaal voor kleinschalige drinkwaterzuivering in ontwikkelingslanden, suggereert een Brits-Amerikaans team in Science.

Normaal gesproken wordt dat H₂O₂ gemaakt in meerdere energie-intensieve stappen. Op die manier is het proces alleen rendabel te krijgen als je het zo efficiënt mogelijk uitvoert, dus op zeer grote schaal. In die situatie is palladium te duur om ooit een alternatief te zijn, maar het wordt anders als je maar een beetje H₂O₂ tegelijk nodig hebt.

Dat palladium de vorming van H₂O₂ katalyseert is al heel lang bekend, maar het pure metaal laat het wél snel ontleden tot H₂O en O₂. In 2009 meldden Graham Hutchings en collega’s van Cardiff University (Wales) en Lehigh University (VS) al dat je die vervolgreactie niet krijgt als je een mengsel van palladium en goud gebruikt, in de vorm van nanodeeltjes op actieve kool die is voorbehandeld met salpeterzuur.

Voor commerciële toepassingen werd dat goud alleen écht te duur.

Vervolgonderzoek leert nu dat het ook lukt met minstens zes goedkopere metalen. De Science-publicatie is opgehangen aan tin maar met nikkel, zink, gallium, indium en kobalt zijn ook successen geboekt, al is de activiteit een stuk minder. Als ondergrond dient daarbij geen actieve kool maar titaniumdioxide.

Achteraf blijkt de verklaring voor het verschijnsel uit 2009 niet te kloppen. Wat er wel gebeurt, werd duidelijk door de oorspronkelijke goud-palladiumdeeltjes te bestuderen onder de elektronenmicroscoop. De samenstelling bleek afhankelijk van de diameter, en de reactiviteit dus ook. De grootste deeltjes bevatten relatief veel goud en katalyseren de vorming van H₂O₂, de kleinere bestaan vooral uit palladium en katalyseren de ontleding tot H₂O.

Je moet dus zorgen dat die kleinere deeltjes niet ontstaan, óf dat ze worden gedeactiveerd. In dit geval blijkt het laatste het eenvoudigst. Als je het tin-palladiummengsel aanbrengt op de drager, dan gaat een deel op aan de vorming van een tinoxidelaagje op het TiO₂. De nanodeeltjes ontstaan daar boven op, doordat de rest uitkristalliseert. Door een uitgekiende hittebehandeling kun je bereiken dat het tinoxide over de deeltjes gaat kruipen, en daarbij alleen de kleinste helemaal bedekt.

Een zogeheten ‘strong metal-support interaction’ (SMSI) die normaal gesproken ongewenst is als je katalysatoren maakt, maar in dit geval juist goed uit komt.

bron: Lehigh University