Een koperoppervlak met hier en daar een los platina-atoom katalyseert industriële hydrogeneringen beter dan beide metalen afzonderlijk. En het is in elk geval stukken goedkoper dan puur platina, schrijven onderzoekers van Tufts University in Nature Communications.

Dat koper is daarbij ook een kristallijn (111)-laagje van één atoom dik, op inert aluminiumoxide als drager.

Voor een optimale werking moet je volgens Charles Sykes, Maria Flytzani-Stephanopoulos en collega’s minder dan één procent van de atomen vervangen door platina. Tevens moet je zorgen dat er geen clusters van meerdere platina-atomen ontstaan. Dat laatste is zonde van het dure platina. Bovendien wordt koolstofmonoxide, een gas dat vaak in industriële voedingsstromen zit en berucht is om zijn katalysator-vergiftigende eigenschappen, veel zwakker gebonden door losse platina-atomen dan door grotere brokken.

Die losse platina-atomen katalyseren efficiënt de splitsing van waterstof, wat bij hydrogeneringen vaak de snelheidsbepalende stap is. De protonen worden vervolgens overgedragen aan een groter molecuul dat aan het ernaast gelegen koper gebonden zit, waarbij de sterkte van die binding bepaalt wélk groter molecuul bij voorkeur wordt gehydrogeneerd.

De onderzoekers hebben het uitgeprobeerd met de hydrogenering van 1,3-butadieen. Die stof ontstaat als bijproduct bij de industriële productie van propeen en zit de polymerisatie tot polypropeen in de weg. Als je haar selectief hydrogeneert tot buteen heb je er geen last meer van, maar daarbij wil je voorkomen dat buteen verder wordt gehydrogeneerd tot butaan of propeen tot propaan. Puur koper deed dit altijd al prima. Koper met een beetje platina blijkt het ook te kunnen, maar dan wel bij een reactiesnelheid die een ordegrootte hoger ligt.

Proeven in een flowreactor op labschaal suggereren bovendien dat de nieuwe kat zeer stabiel is en vermoedelijk lang mee gaat.

De onderzoekers vermoeden dat er wel meer reacties zijn die je voordelig kunt katalyseren met vergelijkbare combinaties van een duur en een minder duur metaal.

bron: Tufts University