Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) hebben een geheel nieuwe manier ontwikkeld om chemische reacties te starten. Voor het eerst gebruikten zij mechanische krachten om katalytische activiteit – een van de meest fundamentele concepten in de chemie – onder controle te krijgen. Hierdoor konden zij chemische reacties starten door een mechanische kracht; iets dat voorheen nog niet mogelijk was. De vinding maakt het onder andere mogelijk materialen te ontwikkelen die zichzelf herstellen onder invloed van mechanische spanning. De resultaten verschijnen op 6 april 2009 online in het nieuwe internationale tijdschrift Nature Chemistry.

Moleculair trekkoord
Het onderzoeksteam van het Instituut voor Complexe Moleculaire Systemen (ICMS) en de faculteit Scheikundige Technologie (dr. Alessio Piermattei, dr. Karthik Sivasubramanian en prof. dr. Rint Sijbesma) toonde als eerste aan dat een katalysator van een slapende naar een actieve vorm kan worden geschakeld (zie afbeelding), door te trekken aan een polymeerketen, een ‘moleculair koord’ dat aan de katalysator vastzit. Ze lieten zien met deze katalysator verschillende chemische reacties te kunnen starten, waaronder polymerisaties (het vormen van een polymeerketen uit kleine bouwstenen).

Zelfherstellende materialen
De vinding maakt het mogelijk zelfherstellende materialen te ontwikkelen die zichzelf versterken onder invloed van mechanische spanning. Het ontstaan van bijvoorbeeld een breuk in het materiaal zorgt op hetzelfde moment voor het door midden breken van het metaalcomplex, waardoor de katalysator actief wordt en het materiaal gelijk wordt hersteld.

Ook zal dit werk leiden tot onderzoek naar andere toepassingen waarbij je chemische reacties naar wens aan- en uit moet schakelen. Zo zijn toepassingen bij het spuitgieten van kunststof voorwerpen mogelijk, waarbij het de verwerking kan vergemakkelijken, en bij chemische synthese op microschaal.

Hoe werkt het; de zwakste schakel
De onderzoekers beschermden allereerst een katalytisch actief metaalion met behulp van twee moleculaire kapjes (zogeheten liganden). Aan deze kapjes maakten ze twee polymeerketens vast, waardoor een lange keten ontstond met een metaalcomplex in het midden. Deze katalysator konden ze weer actief maken door een van de kapjes eraf te trekken.

Daarvoor losten ze de lange moleculen op in een vloeistof, die ze vervolgens blootstelden aan ultrageluid. Dat zorgde voor het ontstaan van belletjes in de vloeistof. Doordat deze belletjes implodeerden, ontstond een extreem sterke stroming die de ketens strekte en uiteindelijk de zwakste schakel in de keten - het metaalcomplex - in twee stukken brak. Aan één kant was het kapje nu weg van het actieve metaalion, zodat dit deel katalytisch actief kon worden. Met andere woorden: klaar was om chemische reacties te gaan versnellen.

Dit onderzoek werd uitgevoerd met steun van een ECHO-projectsubsidie van NWO (Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek). Deze subsidie van 240.000 euro is bedoeld om Excellent CHemisch Onderzoek te stimuleren, en dan vooral creatieve, risicovolle ideeën.

Het artikel 'Activating catalysts with mechanical force', van Alessio Piermattei, S. Karthikeyan and Rint P. Sijbesma, Nature Chemistry, Advanced Online Publication, maandag 6 april, is hier te lezen en te downloaden.

Voor de redactie (niet voor publicatie)

Voor meer informatie en beeldmateriaal: prof. dr. Rint Sijbesma, tel. 040 - 247 3737/3101, e-mail r.p.sijbesma@remove-this.tue.nl. Voor vragen over het ICMS: business manager ir. Sagitta Peters, tel. 040 - 247 3910, S.Peters@remove-this.tue.nl. Voor algemene vragen over de TU/e: wetenschapsvoorlichter ir. Jim Heirbaut, tel. 040 - 247 2110, e-mail J.Heirbaut@remove-this.tue.nl.

'terug'