Je leest:

Nijmeegse ‘supermicroscoop’ ziet moleculen oxideren

Nijmeegse ‘supermicroscoop’ ziet moleculen oxideren

Auteur: | 29 oktober 2008

Bas Hulsken van de Radboud Universiteit Nijmegen ontwikkelde een nieuw type microscoop waarmee het verloop van chemische reacties te volgen is. De Nijmeegse ‘vloeistof STM’ tast met een extreem klein naaldje het oppervlak af van materialen die zich in een vloeistof bevinden. Dat een STM onder die omstandigheden beelden kan genereren is uniek en het onderzoek leverde verrassende inzichten op. Zo kon Hulsken onder andere de katalytische activiteit van mangaanporfyrines in beeld brengen. Hij promoveert op 30 oktober aan de Nijmeegse universiteit.

Metaal-porfyrines zijn in de natuur voorkomende kleurstoffen die een rol spelen in uiteenlopende processen zoals het omzetten van licht in planten (magnesiumhoudend porfyrine) en het binden van zuurstof in rode bloedcellen (ijzerhoudend porfyrine). Synthetische porfyrines met mangaan als metaal worden gebruikt als katalysator voor de omzetting van alkenen in epoxides. Daarbij wordt de dubbele binding van het alkeen opengebroken en komt er een binding met zuurstof voor in de plaats. De porfyrines dienen als ‘aanjager’ van die reactie: ze initiëren de vorming van reactief zuurstof uit oxidatoren zoals peroxide, hypochloriet of moleculair zuurstof (O2).

De Nijmegen Liquid Cell Scanning Tunneling Microscope, in goed Nederlands ‘vloeistof STM’. Deze STM is ontwikkeld om chemische reacties bij kamertemperatuur, atmosferische druk, en op een grensvlak van een vast oppervlak en een vloeistof te bestuderen. Het glazen klokje is bedoeld om in iedere gewenste atmosfeer te kunnen meten, bijvoorbeeld in pure zuurstof. Beeld: Radboud Universiteit

Met de vloeistof-STM was Bas Hulsken in staat de precieze werking van de porfyrinekatalysatoren aan het licht te brengen. Dat was voor het eerst. De bestaande kennis over de katalysatoren was gebaseerd op gemiddelden van miljoenen gelijktijdig uitgevoerde epoxidaties. En eerdere metingen van de activiteit van individuele afzonderlijke moleculen werden altijd uitgevoerd onder hoog vacuüm of extreem lage temperaturen. “Dat zijn geen omstandigheden die overeenkomen met het normale gebruik van de katalysator”, aldus Hulsken. “Bij het onderzoek met de vloeistof-STM is dat wel het geval. Dat biedt dus een veel reëler beeld van wat er werkelijk gebeurt tijdens de katalyse.”

De vloeistof-STM blijkt de katalytische activititeit van individuele mangaanporfyrine moleculen extreem nauwkeurig te kunnen registreren. Dat leverde meteen een ontdekking op die eerder onzichtbaar was gebleven: de porfyrinemoleculen blijken twee aan twee ‘samen te werken’ om zuurstofmoleculen te splitsen. Elk molecuul bindt dan één zuurstofatoom.

Duo’s geoxideerd porfyrine. Elk lichtblauw vlekje is een mangaanporfyrine, bij de rode vlekjes is een zuurstofatoom aan de porfyrine gekoppeld. In veel gevallen blijken twee naast elkaar gelegen mangaanporfyrines te zijn geoxideerd door één – tijdens de reactie gesplitst – molecuul zuurstof (O2). Beeld: Radboud Universiteit

Supermicroscoop

‘We wisten helemaal niet dat zuurstof porfyrines twee aan twee oxideert. Dat kom je alleen te weten met zo’n methode die naar individuele moleculen kijkt,’ zei chemicus Hans Elemans vorig jaar in een nieuwsbericht van de Radboud Universiteit. De vloeistofcel STM wordt daarin met gevoel voor publiciteit een ‘supermicroscoop’ genoemd. Niet geheel ten onrechte, want het gerenommeerde tijdschrift Nature Nanotechnology noemde de ontdekking al ’ a significant development in the imaging of chemical reactions at the single-molecule level’.

Driedimensionaal STM-beeld van lange rijen van katalytische mangaanporfyrines op een grensvlak van goud en tetradecaan. Beeld: Radboud Universiteit

Klik hier voor een PDF met de Nederlandse samenvatting uit het proefschrift van Bas Hulsken.

Het NWO wetenschapsmagazine ‘Hypothese’ beschreef de Nijmeegse inspanningen op het gebied van ‘nanoprobing’, onder andere met de microscoop van Bas Hulsken. Klik hier voor een PDF.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 29 oktober 2008

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.