Manipuleren

De katalysatoren die ik maak, bestaan uit heel kleine koperdeeltjes. De grootte van die deeltjes is vaak kleiner dan tien nanometer en soms zelfs kleiner dan één nanometer. Dat betekent dat ze vaak uit minder dan honderd atomen bestaan. Om de grootte van deeltjes op zo’n schaal te manipuleren moet je gebruik maken van de scheikunde en de natuurkunde van de stoffen op die schaal.

Spons
Een veelgebruikte methode is het gebruiken van een drager. Een drager is een poreus materiaal, vergelijk het met een spons, en bestaat vaak uit silica (zand), alumina (aluminiumoxide) of koolstof. De poriën in deze materialen kunnen een paar nanometer klein zijn. Deze poriën vul je met een oplossing met daarin metaalionen. Daarna damp je het water weg en blijft er een metaalzout achter in de poriën. Vervolgens verhit je het sample in de oven en dan oxideert het metaalzout tot een metaaloxide. In een laatste stap kun je dan het metaaloxide omzetten naar metaal door de zuurstof van het metaaloxide te laten reageren met waterstof tot water. De uiteindelijke metaaldeeltjes kunnen niet groter worden dan de poriën aangezien dit hele proces in de poriën plaatsvindt. Op die manier kunnen we deeltjes van een paar nanometer maken.

Bouwdoos
Er zijn dus heel wat stappen nodig voordat je je uiteindelijke katalysator in handen hebt. De eerste keus die je moet maken is wat voor poreus materiaal je neemt en met voor soort poriën. Daarna moet je bepalen wat voor metaaloplossing je wilt gebruiken en hoeveel metaal daarin opgelost moet zijn. Vervolgens moet je bepalen hoe je het sample droogt, oxideert en reduceert (omzet naar het metaal). Een kleine verandering in een van die stappen kan tot een andere katalysator leiden. Dan heb je ineens een andere deeltjesgrootte, of een andere verdeling van de deeltjes. Ik onderzoek wat er precies gebeurt tijdens elke stap, wat voor invloed dat heeft op de uiteindelijke eigenschappen van de katalysator en wat voor invloed dat dan weer heeft op de werking van de katalysator.

Het gehele proces van de katalysator preparatie staat hieronder weergegeven en is onderdeel van mijn filmpje.