Inzicht in katalysatoren biedt efficiëntere en duurzamere alternatieven
Het onderzoek van scheikundige Eveline Tiekink richtte zich op het begrijpen van de fundamentele principes achter katalyse met als doel het ontwerpen van duurzamere katalysatoren. Hoe katalyseert dit moleculaire systeem deze reactie?
Met behulp van kwantumchemische berekeningen, dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT), zijn de fysische factoren onderzocht die de activiteit en selectiviteit van verschillende (alternatieve) katalysatoren bepalen. Hierbij is er gekeken naar verschillende katalysatoren: Lewiszuren, (Lewis)basen, metallylenen en ijzercomplexen, die een milieuvriendelijk alternatief vormen voor katalysatoren op basis van schaarse metalen.
Tiekink heeft achterhaald wat de fysische factoren zijn die de katalytische activiteit en selectiviteit bepalen voor verschillende katalysatoren. Fysische factoren die katalyse bepalen zijn:
- Synchroniteit: hoe de reactie verloopt. Als bijvoorbeeld twee bindingen worden gevormd, kunnen deze bindingen tegelijk (synchroon) gevormd worden of na elkaar (asynchroon)
- Elektrostatische interacties: de aantrekking tussen de atoomkern (plus lading) en de elektronendichtheid (negatieve lading). Plus en min trekt elkaar aan. Daarentegen stoten dezelfde ladingen elkaar af, zoals de kernen of elektronen van bijvoorbeeld twee atomen
- Pauli repulsie: de afstoting tussen twee elektronen (komt voort uit kwanummechanica)
- Orbitaalinteracties
Efficiëntere en duurzamere katalysatoren
De inzichten verklaren niet alleen hoe katalysatoren werken, maar bieden ook aanknopingspunten voor het rationeel ontwerpen van efficiëntere en duurzamere katalysatoren. Bijvoorbeeld het onderzoek naar metallylenen is een nieuw vakgebied, wat nog niet op grootte schaal gebruikt wordt. Door betere duurzamere katalysatoren te ontwikkelen, kunnen bijvoorbeeld medicijnen op een veel goedkopere manier gemaakt worden, smaak- en geurstoffen op een efficiëntere manier gemaakt worden, of landbouwproducten op een duurzamere manier gemaakt worden.
Meer informatie over het proefschrift
