Schietmethode
Zowel bij de ‘oude’ methodes als bij de TUE-methode wordt het oppervlak beschoten met deeltjes. De deeltjes botsen tegen het oppervlak aan en kaatsen terug. Van de teruggekaatste deeltjes wordt de snelheid bepaald. Aan de hand van de snelheid kan worden berekend hoe zwaar het atoom is en waartegen het deeltje is gebotst. Wanneer het gewicht van dat atoom bekend is, kan het gemakkelijk geïdentificeerd worden.
Bij een belangrijke soort oxiden (spinellen) is bekend dat de metaal-atomen in een tetraëdrische, ofwel in een octaëdrische vorm door zuurstof-atomen omringd worden. Een tetraëder is een viervlak, een octaëder een achtvlak. Met de ‘schietmethode’ is gevonden dat alleen de metaalatomen in de tetraëdische holten aan het oppervlak zitten. Alleen deze atomen bepalen dus de katalyse.
De ‘oude’ methode kent een groot nadeel: er wordt geschoten met elektronen. De elektronen zijn zo klein dat de meeste langs de eerste laag van het oppervlak vliegen en op diepere lagen stuiten. Hierdoor beperkt de methode zich niet tot het onderzoeken van de eerste laag. De methode die de TUE gebruikt doet dat wel.
Helium-atomen
De TUE-methode maakt in plaats van elektronen gebruik van He+-deeltjes. Dat zijn helium-atomen waar een elektron van ontbreekt. Hoewel deze ionen groter zijn dan elektronen, dringen ook deze atomen door tot diepere lagen. Een helium-ion dat tegen de eerste laag botst, heeft een kleine kans om positief te blijven. Maar voor het ion dat dieper gaat en langer onderweg is, is deze kans verwaarloosbaar klein. Het is bijna zeker dat dit ion er dan een elektron bij pikt. Helium is namelijk een edelgas en ‘wil’ he
t elektron als dat ontbreekt erg graag terug. De reden waarom deze methode zich tot de eerste laag beperkt, is dat alleen van de positieve teruggekaatste deeltjes de snelheid gemeten wordt. Neutrale deeltjes worden door de meetapparatuur genegeerd.
Het gebruik van helium is het ene deel van het succes, de fijngevoelige meetapparatuur het andere. Het teruggekaatste deeltje, dat positief of neutraal is, schiet een analysator in. Op deze analysator werken elektrische velden. Deze velden sturen het positieve ion in de goede richting. Maar op het neutrale helium-atoom hebben deze velden geen invloed. Bij de bocht, die in de analysator verwerkt zit, wordt dit atoom zogezegd ‘het bos in gestuurd’. Zo komt alleen het positieve ion aan bij het einde van de an
alysator waar het een multidetector (een soort gevoelige plaat) treft. Aan de plaats van inslag kan de oorspronkelijke snelheid van het deeltje worden bepaald en dus het soort atoom waarmee het deeltje heeft gebotst.
Schonere reacties
Met gebruikmaking van deze methode kan men precies de samenstelling bepalen van de eerste laag atomen van katalysatoren. Wanneer de samenstelling bekend is, kan de werking van een katalysator beter begrepen worden. Dit blijkt een belangrijk hulpmiddel bij het verbeteren van katalysatoren te worden. Dit heeft een groot praktisch nut. Zo kunnen er veel kosten bespaard worden, omdat reacties efficiënter verlopen.
Dit verklaart meteen waarom grote bedrijven als Shell, Akzo Nobel en DSM graag hiernaar onderzoek laten doen door de TUE. Ook milieuvervuilende uitstoot kan zo verminderd worden, omdat reacties schoner gemaakt kunnen worden. Bij dit laatste kunnen we denken aan de Clauscentrale, waar met behulp van katalysator-onderzoek de zwaveluitstoot met een factor honderd verminderd werd. Maar ook denken we, onvermijdelijk bijna, aan die katalysator onder de auto.