Konvertering af vedvarende råvarer til platin viser uventet adfærd

Den elektrokemiske reduktion af en gruppe organiske forbindelser på platin er stærkt afhængig af arrangementet af atomerne i platinoverfladen. Christoph Bondue, postdoc i Marc Kopers gruppe, offentliggjort dette i Naturkatalyse den 4. marts. Reduktionen af ​​sådanne forbindelser er en vigtig proces til at gøre kemiske råmaterialer mere bæredygtige.

Langt de fleste råvarer i den kemiske industri er baseret på fossile kilder, gør dem i sagens natur uholdbare. Et mere bæredygtigt alternativ ville være at skifte til biomasse-relaterede råvarer, for eksempel ved syntese af plast. Sammenlignet med fossile kulbrinter, biomasse indeholder meget flere C=O-bindinger:et kulstof- og oxygenatom med en dobbeltbinding. En sådan forbindelse med en C=O-binding kaldes også en keton. Før denne biomasse kan bruges i eksisterende kemiske processer, C=O-bindingerne skal reduceres.

"Hvis du kan gennemføre denne reduktion ved hjælp af bæredygtigt produceret elektricitet, med andre ord med elektrokemi, det ville værre dejligt, " siger Marc Koper, Professor i katalyse og overfladekemi. "Det er det, vi har fokuseret på i denne undersøgelse." Forskningen er en del af et NWO-projekt i forbindelse med "New Chemical Innovations, " medfinansieret af Shell og Akzo Nobel.

Til denne forskning, Bondue og Koper samarbejdede med Federico Calle-Vallejo fra universitetet i Barcelona. Calle-Vallejo støttede forsøgsarbejdet med computerberegninger. Forskerne så på den enkleste ketonforbindelse, opløsningsmidlet acetone - bedre kendt for de fleste som neglelakfjerner. De så på muligheden for at reducere C=O-bindingen ved hjælp af elektrokemi, med platin som elektrokatalysator. Den atomare struktur af platinoverfladen påvirkede ikke kun reaktionens effektivitet, men også resultatet.

For eksempel, der sker ikke noget på en platinoverflade, hvor atomerne er tættest pakket, i honningkagestrukturen. På en overflade, hvor platinatomerne er arrangeret som et skakbræt, der dannes et produkt, som ikke længere ønsker at forlade overfladen:sådan en platinoverflade inaktiverer sig selv. Selve reduktionen af ​​C=O-bindingen sker kun, hvis der er såkaldte defekter i overfladestrukturen. Disse er afbrydelser i den almindelige honeycomb- eller skakbrætstruktur.

Katalysen sker på en sådan måde, at produktet af reduktionen afhænger af, hvor præcist platinatomerne er arrangeret i defekten. For at beskrive dette mere detaljeret, kemiker bruge koordinationsnummeret. Dette angiver, hvor mange andre atomer et platinatom er forbundet med. Koper og hans kolleger fandt ud af, at en defekt med et højt koordinationstal producerer 2-propanol, en alkohol. Ved en defekt med et lavere koordinationsnummer, forskerne målte propan – et molekyle, hvor iltatomet, der oprindeligt indeholdt i acetone, er reageret fuldstændigt væk.

"Det er jævnligt blevet rapporteret, at reaktiviteten er meget følsom over for strukturen af ​​platinoverfladen, " siger Koper. "Se for eksempel den seneste forskning af Ludo Juurlink, som brugte en buet platinoverflade. Men observationen af, at selektiviteten - eller det produkt, du laver - er så følsomt over for den lokale struktur, er ret unik."

"Med denne indsigt, vi kan mere effektivt udvikle katalysatorer til omdannelse af biomasse-relaterede molekyler til ønskede slutprodukter, " siger Koper. "Vores seneste eksperimenter viser, at mere komplekse ketoner end acetone udviser samme adfærd, såsom reduktion af acetofenon, en aromatisk duft." Dette er en indikation af, at Kopers og hans medarbejderes forskning kan ekstrapoleres til reduktion af biomasse.