Om koolstofmonoxide efficiënt om te zetten in n-propanol heb je koperdeeltjes nodig waarvan het oppervlak zo ruw mogelijk is. Dat valt op te maken uit een Canadese publicatie in Nature Catalysis.

Het is bepaald niet de eerste elektrochemische omzetting van CO op een koperkatalysator. Maar dat het redelijke hoeveelheden oplevert van een molecuul met drie koolstofatomen in plaats van één of twee, is wel nieuws. En het is goed nieuws omdat n-propanol als benzinetoevoeging beter presteert dan het nu gebruikelijke ethanol.

Dát die bestaande katalytische processen soms een beetje n-propanol en andere C₃-moleculen opleveren, was al eerder opgemerkt. Het lijkt een kwestie van toeval: eerst moeten twee CO’s een C₂ vormen, en vlak daarnaast moet een derde CO worden geadsorbeerd aan het koperoppervlak. Omdat losse CO’s bij voorkeur aan een Cu(111)-kristaloppervlak adsorberen en C₂ zich juist liever vormt op een Cu(100) oppervlak, ontmoeten die twee elkaar alleen op randen waar die kristalvlakken in elkaar overgaan.

Om te beginnen hebben Ted Sargent, David Sinton en promovendi van de University of Toronto computerberekeningen uitgevoerd die dit verhaal bevestigen. En vervolgens probeerden ze kopernanodeeltjes te synthetiseren met een zo ruw mogelijk oppervlak, zodat je per definitie een grote verscheidenheid aan kristalvlakken kweekt. Dat deden ze door CuO te laten neerslaan uit een oplossing van CuI. Als je de resulterende nanodeeltjes vervolgens immobiliseert op een gasdiffusie-elektrode en ze daar de elektrochemische reductie van CO laat katalyseren, worden ze allereerst zelf gereduceerd tot metallisch koper. Dat is een kwestie van minuten, en onder de elektronenmicroscoop zie je dan inderdaad het gewenste ruwe oppervlak ontstaan.

Hoe gefragmenteerder dat oppervlak, hoe meer n-propanol je vervolgens krijgt wanneer het potentiaalverschil over de elektrochemische cel daar hoog genoeg voor is. De Faraday-efficiëntie is in het beste geval nog steeds maar ongeveer 20%, maar dat isal veel meer dan bij eerdere pogingen. Andere C₃-verbindingen ontstaan niet in aantoonbare hoeveelheden. Welk percentage van de CO toch nog wordt omgezet in C₁ of C₂, valt uit de publicatie helaas niet echt op te maken.

Koolstofmonoxide kun je bijvoorbeeld betrekken van staalfabrieken, die er grote hoeveelheden van over hebben. Eerder presenteerden Tata Steel en Dow Chemical ook al plannen om het te gaan hergebruiken. Nog mooier zou zijn om koolstofdioxide in te zetten als grondstof, maar dat maakt de chemie een stuk ingewikkelder en de publicatie suggereert dat je voor de elektrochemische omzetting van CO₂ in CO misschien beter een afzonderlijk proces kunt nemen.

bron: Nature Catalysis