Het nanografeen (zwart) zorgt voor de energie, renium katalyseert de reactie van kooldioxide naar koolmonoxide. Zonder nanografeen (links) werkt dat niet (afb: JACS)

We krijgen nog heel wat te stellen met het terugdringen van de kooldioxide-concentratie in de atmosfeer. Er zijn al vele ideeën gelanceerd om kooldioxide weg te vangen en op te slaan of om er iets nuttigs mee te doen. Liang-shi Li van de universiteit van Indiana (VS) en een internationale groep van wetenschappers hebben nu een proces bedacht waarmee kooldioixide wordt omgezet in koolmonoxide. Die stof kan dan weer worden omgezet in andere producten of gebruikt worden als brandstof. Ze maakten daarbij gebruik van een nanografeencomplex dat licht absorbeert dat de energie levert voor de omzetting.
“Als je een voldoende efficiënt molecuul kunt maken voor deze reactie dan produceert dat energie die is op te slaan als brandstof”, zegt Li. “Dit onderzoek is een groot stap in die richting.” Als je koolstofverbindingen, zoals koolmonoxide, verbrandt, dan krijg je kooldioxide, water en energie. Om kooldioxide weer om te zetten in brandstof, dan heb je energie nodig. De truc is die hoeveelheid zo laag mogelijk te krijgen.
Dat was ook het doel van Li’s onderzoek. Het molecuul waar hij het net over had een nanografeenreniumdipyridinecomplex dat heel efficiënt kooldioxide zou omzetten in koolmonoxide.

Li: “Koolmonoxide is een belangrijke grondstof voor veel industriële processen. Koolmonoxide is ook een brandstof en als je het van kooldioxide maakt is die stof ook koolstofneutraal. Je genereert gewoon de energie die je in de vorm van zonlicht gebruikt hebt om die brandstof te maken.”

Grafiet

Grafiet, door de onderzoekers nanografeen genoemd, is het geheim van de smid (grafiet en grafeen zijn overigens structureel dezelfde vormen van koolstof). Grafiet/grafeen absorbeert veel licht. Li zegt de bipyridinemetaalcomplexen lang te hebben bestudeerd om kooldioxide om te zetten in koolmonoxide, maar die moleculen gebruiken maar een fractie van het zonlicht, vooral in het ultraviolette deel van het spectrum. Het molecuul dat de onderzoekers ontwierpen maakt gebruik van het lichtabsorptievermogen van (nano)grafeen. Volgens Li fungeert het grafeen/grafiet als energievanger (van zonlicht) en zorgt katalysator renium voor de omzetting.
Het idee om (nano)grafeen te koppelen aan een metaal kwam nog uit de periode dat Li op zoek was naar efficiënter (koolstof)materiaal voor zonnecellen. “We vroegen ons af of we de lichtabsorberende eigenschappen van nanografeen konden gebruiken om de energie voor de reactie te verkrijgen.” Ja dus.
De volgende stap in het onderzoek is voor Li op zoek te gaan naar een nog krachtiger molecuul dat bestendiger is en ‘overleeft’ in vaste vorm. Vaste katalysatoren zijn makkeljker in het gebruik. Hij wil ook kijken of hij renium, een zeldzaam element, kan vervangen door het veel meer voorkomende mangaan.

Bron: Science Daily