Nobelprijs voor autokatalysator

De Duitser Gerhard Ertl die duidelijk heeft gemaakt hoe autokatalysatoren koolstofmonoxide omzetten in koolstofdioxide, heeft vandaag de Nobelprijs voor de scheikunde gekregen. Hij hoeft de prijs van 1,1 miljoen euro met niemand te delen, wat tegenwoordig tamelijk uitzonderlijk is.

Ertl (1936) werkte zijn hele carrière aan chemische reacties die zich op oppervlakten afspelen. Hij deed zijn onderzoek eerst in München, vervolgens van 1976 tot 1986 aan verschillende Amerikaanse universiteiten, en daarna aan het Fritz-Haber-Institut van het Max-Planck-Gesellschaft in Berlijn.

Bij chemische reacties in vloeistof is het verloop van een reactie afhankelijk van moleculen die met elkaar botsen en elkaar dan zo aantrekken of afstoten dat een chemische verbinding wordt verbroken of gevormd. Maar aan oppervlakten gaat dat anders. Het oppervlak kan zo’n vorm hebben dat een molecuul er graag aan bindt, maar dan net zo ‘opgerekt’ raakt dat het opeens erg reactief wordt. Het molecuul kan dan splitsen, of reageren met een ander molecuul dat in de buurt ‘rondzwerft’, of zelf ook aan het oppervlak is gebonden. Het ontwerp van de aantrekkelijke oppervlakten is een kwestie van goed berekende en geconstrueerde afstanden tussen aantrekkelijke bindingsplaatsen. Het oppervlak heeft dan de functie van een katalysator, een stof die wel meedoet in de reactie maar na afloop toch onveranderd is gebleven.

Ertl werkte aanvankelijk aan reacties waarbij stikstof uit de atmosfeer wordt gebonden. De katalysator met ijzerverbindingen die zorgt voor de binding van waterstof aan stikstof is een basis voor de kunstmestproductie. Ertl ontrafelde het mechanisme. Later verdiepte hij zich in de omzetting van koolstofmonoxide in koolstofdioxide aan vaste oppervlakken. Hij beschreef tot in moleculair detail die reactie aan een platina-elektrode. Die elektrode werd al lang in auto-uitlaten toegepast toen Ertl tussen 1983 en het begin van deze eeuw liet zien hoe koolstofmonoxide en zuurstof, beide in steeds over het oppervlak verschuivende aparte zones, op de katalysator zijn gebonden. Waar de zuurstof- en koolstofdioxiderijke zones met elkaar in contact zijn, vindt de reactie plaats. Het zijn patronen die lijken op de beroemde plaatjes van fractals. Ertl liet zien dat niet-lineaire dynamica een grote rol speelt in deze oppervlakteprocessen.

Ertls werk blijkt overigens bruikbaar bij het ontwerp van corrosiebeschermende lagen.