Een internationaal onderzoeksteam heeft nanodeeltjes gebruikt om koolstofdioxide om te zetten in waardevolle grondstoffen. Wetenschappers van de Ruhr-Universität Bochum in Duitsland en de University of New South Wales in Australië hebben het principe overgenomen van enzymen die complexe moleculen produceren in meerstapsreacties. Het team bracht dit mechanisme over op metalen nanodeeltjes, ook wel nanozymen genoemd. De chemici gebruikten koolstofdioxide om ethanol en propanol te produceren, die veelgebruikte grondstoffen zijn voor de chemische industrie.

Het team onder leiding van professor Wolfgang Schuhmann van het Centrum voor Elektrochemie in Bochum en Professor Corina Andronescu van de Universiteit van Duisburg-Essen, samen met het Australische team onder leiding van professor Justin Gooding en professor Richard Tilley, gerapporteerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society op 25 augustus 2019.

"Het overbrengen van de cascadereacties van de enzymen naar katalytisch actieve nanodeeltjes zou een beslissende stap kunnen zijn in het ontwerp van katalysatoren, ", zegt Wolfgang Schuhmann.

Deeltje met twee actieve centra

Enzymen hebben verschillende actieve centra voor cascadereacties, die gespecialiseerd zijn in bepaalde reactiestappen. Bijvoorbeeld, een enkel enzym kan een complex product produceren uit een relatief eenvoudig uitgangsmateriaal. Om dit concept te imiteren, de onderzoekers synthetiseerden een deeltje met een zilveren kern omgeven door een poreuze laag koper. De zilveren kern dient als het eerste actieve centrum, de koperlaag als de tweede. Tussenproducten gevormd in de zilveren kern reageren vervolgens in de koperlaag om complexere moleculen te vormen, die uiteindelijk het deeltje verlaten.

In het huidige werk, het Duits-Australische team toonde aan dat de elektrochemische reductie van koolstofdioxide kan plaatsvinden met behulp van de nanozymen. Verschillende reactiestappen op de zilveren kern en koperen schil transformeren het uitgangsmateriaal in ethanol of propanol.

"Er zijn ook andere nanodeeltjes die deze producten kunnen maken uit CO ₂ zonder het cascadeprincipe, ", zegt Wolfgang Schuhmann. "Echter, ze hebben aanzienlijk meer energie nodig."

De onderzoekers willen nu het concept van de cascadereactie in nanodeeltjes verder ontwikkelen om selectief nog waardevollere producten zoals ethyleen of butanol te kunnen produceren.