Leveranciers-login
Home
BLIJF OP DE HOOGTE
Ontvang onze nieuwsbrief en digitale magazine
Uw adres wordt nooit aan derden doorgegeven.
Lees onze privacyverklaring.

     

ARTIKEL
Deel dit artikel
EfficiŽnte koperkatalysator voor waterstofperoxideproductie
Download dit artikel als pdf
Is uw adres bekend, dan wordt de pdf meteen geopend, anders krijgt u een link toegestuurd.
Ook ontvangt u onze volgende nieuwsbrief.

EfficiŽnte koperkatalysator voor waterstofperoxideproductie

Een supersnelle koperkatalysator die zich in een reactor ontpopte tot een heus mini-waterstofperoxidefabriekje. Dat is waar universitair hoofddocent en onderzoeker Dennis Hetterscheid van het Leids Instituut voor Chemisch onderzoek (LIC) en diens promovendus Michiel Langerman bij toeval op stuitten.
Hun onderzoek spitst zich toe op het ontwikkelen van katalysatoren voor brandstofcellen. Die draaien op waterstof en zuurstof om stroom op te wekken voor elektromotoren met water als eindproduct. Voor die reactie is een katalysator nodig, maar de huidige zijn inefficiŽnt of erg duur door gebruik van kostbare metalen, zoals platina. Dit zet een rem op de doorbraak van de waterstofauto. Vandaar het door de European Research Council (ERC) gefinancierde promotieonderzoek op de Universiteit Leiden naar nieuwe en schone katalysatoren voor de zuurstofreductie. Het toeval wil dat het duo bij hun onderzoek op een katalysator stuitten die zeer effectief elektrochemisch waterstofperoxide kan produceren. Niet direct waar ze naar zochten, maar wel interessant met oog op industriŽle productie. Modelorganisme Het LIC richt zich in het kader van het ERC-programma specifiek op de inzet van laccase, een enzym dat in veel planten, schimmels en micro-organismen voorkomt. ďLaccase kan heel efficiŽnt zuurstof in water omzettenĒ, zegt Hetterscheid, ďen het vormt geen waterstofperoxide. Deze instabiele zuurstofverbinding kan fataal zijn voor het membraan in de brandstofcel.Ē Voor het onderzoek sleutelden Hetterscheid en Langerman aan het modelsysteem van laccase, dat onder meer uit stikstof en koper bestaat. Met name de koperionen zijn interessant, want die reduceren de zuurstof. Hetterscheid: ďOns doel was kopercomplexen met verschillende koperionen te testen. Het maken hiervan is relatief eenvoudig. Je doet gewoon een stikstofoplossing en een koper-zoutoplossing in een glazen kolf. Hoe meer koper je erbij doet, des te meer koperionen zich vormen.Ē EfficiŽntste katalysator Voor het experiment bouwden ze een elektrochemische cel-opstelling van 5 milliliter. Stroom op de kathode zet hierin de zuurstofreductie tot water in gang. Als controle-experiment deed het tweetal een reeks van tests met een kopercomplex met een kern met maar ťťn koperion: koper-trispyridylmethylamine, kortweg Cu-tmpa. Hetterscheid: ďBij bepaalde stroomspanningen bleek dit kopercomplex geen water, maar waterstofperoxide te maken, en dat uiterst snel en efficiŽnt. Door een serie van vergelijkingen te maken van de hoeveelheid stroom die we gemeten hebben, in relatie tot de zuurstofreductie, kwamen we tot de rekensom dat ťťn molecuul van de koperkatalysator 1,8 miljoen waterperoxide-moleculen kan vormen. Volgens de vakliteratuur is dat de meest efficiŽnte moleculaire koperkatalysator tot nu toe.Ē Patentaanvragen De onderzoekers willen de koperkatalysator verder gaan verbeteren. Hoe mag Hetterscheid niet zeggen. De methode hiervoor is met patentaanvragen omgeven. ďWe zien nu dat als de zuurstof opraakt, ook de productie van waterstofperoxide vermindert. Dus we moeten het katalyse-proces nog selectiever maken.Ē Ook zijn voor toepassing in de bulkchemie en de papierindustrie krachtige oplossingen nodig van 33 procent waterstofperoxide, het maximum om veiligheidsredenen. ďDat gewichtspercentage halen wij met onze koperkatalysator niet. Maar voor veel producten is dat hoge percentage ook niet nodig. In producten als haarverf en lenzenvloeistof zitten slechts halve of enkele procenten waterstofperoxide, voldoende voor een anti-bacteriŽle werking.Ē Voor de ontwikkeling van een praktijkinstallatie is nog een stap nodig. ďDan moeten we de koperkatalysator, die nu nog samen met waterstofperoxide in oplossing is, daaruit halen en vast- maken aan de kathode in de brandstofcel. We willen immers naar een pure waterstofperoxide-oplossing toe.Ē De katalyseoptelling met de blauwe Electrode Rotator, waaronder de roterende (ring-)schijf elektrodes worden aangesloten. Ze kunnen kan tot 3.000 rotaties per minuut (RPM) halen. Die rotatie in de elektrolytoplossing zorgt voor een constante diffusie/stroming van deeltjes naar het elektrodeoppervlak. Verder is de elektrochemische cel te zien met verschillende openingen voor gas in- en uitlaten en voor de tegen- en referentie-elektrode. De belangrijkste chemische reacties in de elektrochemische cel-opstelling van het Leidse onderzoek: De meest wezenlijke chemische reactie is de katalyse door het kopercomplex Cu-tmpa (koper-trispyridylmethylamine, met een kern met maar ťťn koperion): O2 + 2H+ + 2e ➝ H2O2 De onderstaande reacties proberen de onderzoekers te voorkomen, zodat alle elektronen verbruikt worden om enkel waterstofperoxide (H2O2) te maken: H2O2 + 2H+ + 2e ➝ 2H2O en O2 + 4H+ + 4e ➝ 2H2O De roterende schijfelektrode (RDE) van Glassy Carbon (GC) gebruiken de onderzoekers voor het bestuderen van kopercomplex gekatalyseerde reacties, de elektrochemische reductie van O2 naar H2O2 en van H2O2 naar H2O. Deze GC-elektrode levert elektronen aan de koperkatalysator in de oplossing. Het platinadraadje in het midden vermindert de ruis in het meetsignaal. De gouden draad is een tegen-elektrode. Tijdens elektrochemische metingen wordt er een potentiaal aangelegd tussen de werk-elektrode Ė de RDE Ė en de tegen-elektrode, en zal er een stroom tussen deze twee elektrodes gaan lopen. De tegen-elektrode speelt geen rol in de katalyse, maar fungeert alleen als een elektronenreservoir.
MAXUS MEDIA
LABinsights.net LABinsights.de LABinsights.nl
Ontvang onze nieuwsbrief
Nieuwsbrief archief
Volg ons
Linked
MAGAZINE
Abonneren
SERVICE EN CONTACT flag