Banbrytande forskning för optimerad katalys

Presentation
Peter Amann, forskare vid Fysikum, Stockholms universitet. Foto: Johan Marklund
Peter Amann, forskare vid Fysikum, Stockholms universitet. Foto: Johan Marklund

Katalys är oumbärligt i nästan alla kemiska processer. Ändå är det ett område med väldigt många obesvarade frågor. Peter Amann vid SU utvecklar banbrytande nya instrument och metoder för att studera katalys under realistiska förhållanden.

Katalys är ett grundläggande förlopp och används inom nästan all tillverkning i den kemiska industrin. Det är också avgörande i framtida kemiska energiomvandlingar, som till exempel bränsleceller och konstgjord fotosyntes. Förenklat är en katalysator ett ämne som transformerar en sorts molekyl till en annan, utan att själv förbrukas under processen. Trots stora forskningsinsatser saknas tillräckligt kunnande om hur processen kan optimeras.
– Det har varit mycket svårt att få insikt i de här processerna på atomnivå under reaktionerna på katalysatorytorna. De flesta av dagens experimentella tekniker är antingen indirekta och man ser bulken, eller så görs de i vakuum. Instrument har saknats för att följa molekylerna i mer verklighetsnära förhållanden vid ytan, där trycket är högt, berättar Peter Amann, forskare vid Fysikum, Stockholms universitet.
Peter ingår i en experimentell verksamhet, skapad vid professor Anders Nilssons internationella rekrytering med ett stort bidrag ifrån Vetenskapsrådet. Gruppen har nära samarbete runt teoretiska simuleringar under ledning av professor Lars GM Pettersson. Nu bygger de en stark experimentell verksamhet i kemisk fysik inriktad mot processer på ytor.

Utvecklat instrument
Peter Amann leder ett projekt som utvecklar fotoelektronspektroskopi med röntgenljus (XPS) vid höga tryck. Tekniken studerar katalys under förhållanden som liknar dem vid industriella tillämpningar. Med stöd från SSF har gruppen utvecklat nya forskningsinstrument som klarar förhållanden med höga temperaturer och där trycket är över en bar.
– Det är en stor utmaning och kräver innovativ teknologi. En teknik som vi utvecklat är virtuella celler, där gas riktas mot katalysytan och skapar ett lokalt område med högt tryck, förklarar Peter Amann och tillägger att fokus framåt ligger på CO- och CO2-hydrogenering, för att studera hur molekyler förvandlas från en art till en annan på katalysmaterialet. Det är intressant för att kunna omvandla CO2 till bränslen och kemikalier som på sikt kan minimera klimatförändringarna.

Industriell tillämpning
Forskningen går nu in i en andra fas, där instrumenten testas i vetenskapliga och industriella miljöer. Bland annat samarbetar man med det ledande katalysföretaget Haldor Topsoe A/S och Uppsalabaserade Scienta Omicron.
– Vi sysslar med grundforskning, men detta är ett enormt spännande område med stor relevans för industrin. Vår forskning har gått från att vara högrisk och experimentell till att faktiskt blicka mot nyttiggörande inom industrin.

SU – Optimerad katalys
Peter Amann och hans team studerar katalys och hur den katalytiska processen kan optimeras i industriella processer. Det sker både genom att utveckla nya, innovativa instrument och genom att testa dessa i realistiska förhållanden, med högt tryck och höga temperaturer. Det är grundforskning i den absoluta frontlinjen, med ett brett spektrum av potentiella industriella tillämpningar. Forskningen stöds av Stiftelsen för strategisk forskning inom programmet Instrument-, teknik- och metodutveckling.

www.xsolasgroup.fysik.su.se


Publicerad: 18 juni, 2020