Fluorescerende alkometer gør optimering af katalysatorer meget nemmere

En ny test for industrielle katalysatorer udviklet af kemikere ved Utrecht University bruger fluorescerende molekyler til at vise, hvilken af ​​tre katalysatorer der virker bedre end de andre. Dette gør det meget lettere at arbejde med at forbedre katalysatorerne, samtidig med at produktionsprocesserne i den kemiske industri bliver mere bæredygtige. Forskerne, under ledelse af prof. Bert Weckhuysen, vil offentliggøre deres resultater i Naturkemi af 5. november.

I deres forskning, kemikerne fra Utrecht studerede bæredygtig produktion af methanol, en af ​​byggestenene til produkter som plastik. Bæredygtig methanol kan syntetiseres ud fra kuldioxid og brintgas produceret ved hjælp af vindkraft, solenergi eller husholdningsaffald. Katalysatoren er nødvendig for at sikre, at reaktionen producerer så meget methanol og så få biprodukter som muligt, ved den ideelle temperatur. Katalysatorens sammensætning og porøsitet er vigtige aspekter af processen, men det er dens form også.

"Forskere studerer katalysatorer i deres pulverform, men kemiske fabrikker bruger katalysatorer i deres form, så vi ønskede at finde en metode, som vi kunne bruge til at studere sådanne katalysatorlegemer i detaljer, " forklarer Bert Weckhuysen, professor i katalyse, energi og bæredygtighed ved Utrecht University. Til det formål, forskerne bragte et stykke udstyr, der ligner en pastamaskine, ind i laboratoriet, at producere katalysatorer i en række forskellige former og størrelser.

Prof. Weckhuysen og kolleger studerede celler ved at 'farve' dele af dem med fluorescerende molekyler. Under et fluorescensmikroskop, de kunne tydeligt se, hvor komponenterne er placeret, og hvordan de bevæger sig gennem cellen. Weckhuysen og hans kolleger brugte den samme teknik ved at indsætte fluorescerende molekyler i katalysatoren og undersøge resultaterne under et fluorescensmikroskop.

"Du kan med et øjeblik se, hvilken effekt forskellige former, dimensioner og sammensætninger af katalysatoren kan have, " siger Dr. Gareth Whiting, hovedforfatter af publikationen. Whiting producerede en hel serie af katalysatorer, der adskilte sig i form, sammensætning, og tykkelse. Derefter testede han, hvor godt de fungerede til at omdanne råmaterialerne til methanol ved hjælp af de fluorescerende molekyler. Under et mikroskop, han kunne se, hvor godt molekylerne nåede de steder i katalysatorpartiklerne, hvor den kemiske reaktion finder sted. Methanoludbyttet indikerede også, hvor effektive katalysatorpartiklerne var.

"Disse resultater var overraskende lette at forklare og forudsige ved hjælp af fluorescerende probe-tilgængelighedsmodeller, Whiting forklarer. "Ved at gøre det, vi har bevist, at vores forskningsmodel er ekstremt robust. Producenter og brugere af katalysatorer har nu en ny, hurtig, og nem måde at se, om ændringer i opskriften eller formen på en katalysator har positive eller negative effekter."

Bert Weckhuysens laboratorium er kendt for de meget avancerede teknikker, det udvikler til at undersøge katalysatorer under en kemisk reaktion. "Men jeg tror, ​​det er vigtigt at knytte avanceret videnskab til daglig praksis, ", siger Weckhuysen. "Først da kan vi faktisk gøre fremskridt, når det kommer til emner som mere bæredygtig produktion af materialer og energi. Plus, det er bare så sjovt at arbejde med tingene fra et helt andet perspektiv."