Forsker sporer præcist bevægelser af en enkelt katalysatorpartikel

Ved hjælp af fluorescensmikroskopi, Ph.D. Kandidat Frank Hendriks har undersøgt tilgængeligheden, struktur og reaktivitet af individuelle katalysatorpartikler. Hans arbejde har resulteret i adskillige teknologiske gennembrud, samt to vigtige publikationer. Hendriks forsvarer sin afhandling i Universitetssalen den 20. december.

"I mit første projekt, Jeg studerede en komplet katalysatorpartikel med et mikroskop og brugte fluorescens for at følge en enkelt specifik type molekyle med en høj grad af præcision, Hendriks forklarer. Han fulgte molekylets bevægelser gennem netværket af porer i en enkelt katalysatorpartikel. "Du kan virkelig følge et individuelt molekyle, " tilføjer han. "Det er ekstremt specielt, men det er også ekstremt svært. Dette var første gang, at teknologien blev brugt på en rigtig katalysator, i stedet for et modelsystem. Det viser, hvor kompleks katalysatorens 'road map' i virkeligheden er. Der er mange veje, der kan føre til Rom, eller den katalytisk aktive placering."

Bjerg af information

Efter to ugers eksperimenter, Hendriks begyndte at arbejde på de resulterende data. "Det var et helt bjerg af information; i alt 60, 000 videobilleder. Gigabyte data. Det var svært at gøre alt det til en god historie." Efter to år brugt på at analysere dataene, Hendriks var i stand til at tegne forbindelser mellem molekylernes bevægelse og netværket af porer i katalysatorpartiklerne.

I modelsystemer, de molekyler, der observeres, viser ofte kun små variationer i hastighed, fordi de er placeret i et simpelt netværk af porer. "I det komplekse netværk af vores katalysatorpartikel, tingene så lidt anderledes ud, " siger Hendriks. "Vi så en bred vifte af hastigheder, fordi molekylerne bevægede sig gennem porer af forskellig størrelse." Resultaterne af denne undersøgelse, et samarbejde mellem Utrecht University og University of Leuven, blev udgivet sidste sommer i den indflydelsesrige Journal of the American Chemical Society .

Ekstremt høj opløsning

I anden halvdel af sin ph.d. studier, Hendriks undersøgte forholdet mellem strukturen af ​​en katalysator og dens reaktivitet. For at gøre det, han brugte en ny metode til at skære katalysatormaterialet i tynde skiver, hvilket gjorde det muligt for ham for første gang at observere både strukturen og aktiviteten af ​​katalysatoren i ekstrem høj opløsning. Resultaterne viste, at ikke alle zeolitterne i katalysatorpartiklerne er lige aktive, selvom de havde lignende strukturer.

I modsætning til hans første eksperiment, det meste af hans arbejde gik ud på at få den unikke testinstallation til at virke, i stedet for at analysere resultaterne. "Det var en udfordring bare at kunne udføre målinger. Til dette eksperiment, vi kombinerede faktisk to forskellige typer udstyr, hvoraf den ene kun fungerer i et vakuum. Det tog et år, før vi overhovedet kunne få kombinationen til at virke." Analysen af ​​dataene til dette eksperiment, hvilket resulterede i en publikation i det førende tidsskrift Angewandte Chemie , tog seks måneder at gennemføre.

Hendriks havde ikke noget imod, at det tog ham så lang tid at få testinstallationen til at virke. "At få noget til at fungere er et meget konkret puslespil. At det var så svært at analysere dataene fra mit første eksperiment var mere frustrerende, fordi jeg ikke vidste hvad det ville vise sig, eller om det overhovedet ville give resultater. Med en testinstallation, du ved med det samme, om det virker eller ej."