Ett nytt test för industriella katalysatorer utvecklat av kemister vid Utrecht University använder fluorescerande molekyler för att visa vilken av tre katalysatorer som fungerar bättre än de andra. Detta gör det mycket lättare att arbeta med att förbättra katalysatorerna, samtidigt som produktionsprocesser inom den kemiska industrin blir mer hållbara. Forskarna, under ledning av prof. Bert Weckhuysen, kommer att publicera sina resultat i Naturkemi den 5 november.

I sin forskning, kemisterna från Utrecht studerade hållbar produktion av metanol, en av byggstenarna för produkter som plast. Hållbar metanol kan syntetiseras från koldioxid och vätgas som produceras med vindkraft, solenergi eller hushållsavfall. Katalysatorn behövs för att säkerställa att reaktionen producerar så mycket metanol och så få biprodukter som möjligt, vid den ideala temperaturen. Katalysatorns sammansättning och porositet är viktiga aspekter av processen, men så är dess form.

"Forskare studerar katalysatorer i pulverform, men kemiska anläggningar använder katalysatorer i sin form, så vi ville hitta en metod som vi kunde använda för att studera sådana katalysatorkroppar i detalj, "förklarar Bert Weckhuysen, professor i katalys, energi och hållbarhet vid Utrecht University. För detta ändamål, forskarna tog med sig en utrustning som liknar en pastamaskin till labbet, att producera katalysatorer i en mängd olika former och storlekar.

Prof. Weckhuysen och kollegor studerade celler genom att "färga" delar av dem med fluorescerande molekyler. Under ett fluorescensmikroskop, de kunde tydligt se var komponenterna finns och hur de rör sig genom cellen. Weckhuysen och hans kollegor använde samma teknik genom att sätta in fluorescerande molekyler i katalysatorn och undersöka resultaten under ett fluorescensmikroskop.

"Du kan med en blick se vilken effekt olika former, dimensioner och sammansättningar av katalysatorn kan ha, " säger Dr Gareth Whiting, huvudförfattare till publikationen. Whiting producerade en hel serie katalysatorer som skilde sig i form, sammansättning, och tjocklek. Han testade sedan hur väl de fungerade för att omvandla råvarorna till metanol med hjälp av fluorescerande molekyler. Under ett mikroskop, han kunde se hur väl molekylerna nådde de platser i katalysatorpartiklarna där den kemiska reaktionen äger rum. Metanolutbytet indikerade också hur effektiva katalysatorpartiklarna var.

"Dessa resultat var förvånansvärt lätta att förklara och förutsäga med hjälp av fluorescerande sondtillgänglighetsmodeller, " Whiting förklarar. "Genom att göra det, vi har bevisat att vår forskningsmodell är extremt robust. Producenter och användare av katalysatorer har nu en ny, snabb, och enkelt sätt att se om ändringar i receptet eller formen på en katalysator har positiva eller negativa effekter."

Bert Weckhuysens labb är känt för de mycket avancerade tekniker det utvecklar för att undersöka katalysatorer under en kemisk reaktion. "Men jag tror att det är viktigt att knyta avancerad vetenskap till den dagliga praktiken, ", säger Weckhuysen. "Först då kan vi faktiskt göra framsteg när det gäller frågor som mer hållbar produktion av material och energi. Plus, det är bara så roligt att jobba med saker från ett helt annat perspektiv."