UvA-scheikundigen maken nieuw soort metaal
Baanbrekende resultaten in Nature Chemistry
Scheikundigen aan de Universiteit van Amsterdam (UvA) zijn erin geslaagd om een stuk chiraal palladium metaal te maken. De bevindingen van onder anderen Gadi Rothenberg, hoogleraar Heterogene katalyse en duurzame chemie, zijn baanbrekend omdat dit leidt tot een nieuwe groep materialen, die de variëteit aan organische moleculen met de bijzondere eigenschappen van metalen combineren. De resultaten zijn deze week in Nature Chemistry gepubliceerd.
Foto: Paul F. Collignon, UvA.
Chiraliteit is een term uit het Grieks en betekent dat een object (bijvoorbeeld een molecuul) een spiegelbeeld heeft. Materialen kunnen onder meer chiraliteit hebben als zij asymmetrische centra bevatten. Metalen zijn niet chiraal, want zij hebben geen asymmetrische centra noch een reden om speciale structuren te bevatten. In de experimenten van Rothenberg en zijn collega's is het nu gelukt om een palladium metaal toch chiraal te maken met behulp van organisch moleculen, die vervolgens verwijderd zijn.
Met een organische kern en metaalomringingen zijn de nieuwe materialen de tegenhangers van de bekende organometalen, waarbij een metaalatoom wordt omringd door organische moleculen. Deze nieuwe groep materialen combineert de variëteit aan organische moleculen met de bijzondere eigenschappen van metalen. De combinatiemogelijkheden zijn vrijwel oneindig, en bovendien is het proces zo eenvoudig dat je het zelfs door leerlingen op een middelbare school kunt laten uitvoeren.
Munt
Door gebruik te maken van eenvoudige neerslagtechnologie, waarbij moleculen naar de bodem van een vloeistof zakken, lukte het prof. dr. Gadi Rothenberg en dr. Laura Durán Pachón van de UvA om palladium atomen rondom een chiraal organisch molecuul te kristalliseren. Na verwijdering van het molecuul ontstond vervolgens een palladium metaal met chirale poriën, dat verder nog alle gebruikelijke metaaleigenschappen bezit zoals smeedbaarheid, geleidbaarheid en katalytische activiteit. Het bewijs voor behoud van deze eigenschappen toonde Rothenberg nog eens extra aan door van het chirale metaal een munt te slaan ter grootte van een twee eurocent.
De chiraliteit van het metaal kon op verschillende manieren experimenteel worden aangetoond. Prof. dr. Ron Naaman en drs. Tal Markus van het gerenommeerde Weizmann Institute of Science in het Israëlische Rehovot lieten zien dat het chiraal palladium - net als alle metalen - het foto-elektrische effect vertoont: als een hoog energetisch foton op het metaal botst, komt er een elektron vrij. In experimenten met het palladium muntstuk uit Amsterdam kon worden aangetoond dat het vrijkomende elektron verschilde, afhankelijk van de polarisatierichting van het foton dat op het metaal werd afgestuurd. Daarmee was het bewijs van chiraliteit geleverd. Een tweede bewijs werd geleverd door het verschil in adsorptievermogen van de twee verschillende chirale structuren van het metaal. In samenwerking met prof. dr. David Avnir en drs. Itzik Yosef van de Hebrew University van Jeruzalem werd bovendien de katalytische activiteit van het aangepaste palladium aangetoond.
Vidi-subsidie
Het onderzoek is gefinancierd met de Vidi-subsidie die Rothenberg in 2003 kreeg uitgekeerd van NWO. Hij ontving de subsidie, bestemd voor onderzoekers die op postdocniveau vernieuwende ideeën hebben gegenereerd en deze zelfstandig tot ontwikkeling hebben gebracht, voor de ontwikkeling van een eigen onderzoekslijn.
Verwijzingen
Universiteit van Amsterdam