In Liverpool is een organisch materiaal bedacht dat redelijk efficiënt waterstof genereert onder invloed van zonlicht. Zo kom je weer wat dichter bij een imitatie van natuurlijke fotosynthese, suggereert een publicatie in Nature Chemistry.

De materialen van Andy Cooper en collega’s zijn kristallijne covalent organic frameworks (COFs), met een honingraatstructuur. De publicatie legt sterk de nadruk op het belang van die kristalliniteit: de prestaties zijn een stuk beter dan die van vergelijkbare bouwstenen in semikristallijne of amorfe toestand. Het waarom wordt overigens niet echt duidelijk.

De regelmatige poriën van zo’n kristallijn materiaal hebben wel het extra voordeel dat je er fluorescerende moleculen in kunt adsorberen om delen van het spectrum te ‘vangen’ die het COF zelf laat lopen. Althans, zo vermoedt Cooper dat het werkt. Hij trekt daarbij een parallel met dye sensitization, de manier waarop Grätzel-zonnecellen functioneren.

Het COF bestaat uit driehoekige en lineaire bouwstenen. In die laatste zitten een of twee sulfonylgroepen verwerkt, die niet nodig zijn voor de eigenlijke katalyse maar wel de bevochtiging van de poriën verbeteren en zo de efficiëntie verhogen.

Voorlopig vormt zo’n COF slechts de helft van een elektrochemische cel. Het absorbeert fotonen uit zonlicht en gebruikt ze om protonen af te splitsen van water. Maar de elektronen die nodig zijn om H₂ te maken van 2H⁺ , komen niet van de O^2- van het water maar van extra toegevoegd ascorbinezuur (vitamine C) dat dient als sacrificial electron donor.

Alles bij elkaar, met twee sulfonylgroepen per bouwsteen en eosine Y als fluorescerende stof, heeft Cooper tot nu toe 16,3 millimol waterstof per gram COF en per uur weten te genereren. Daarbij bleef het systeem zeker 50 uur stabiel.

Het is nog steeds niet zo veel, maar al een heel stuk beter dan eerdere pogingen om een organische fotokatalytische watersplitser te maken. Het voordeel van organisch materiaal is dat je er geen schaarse metalen voor nodig hebt, maar tot nu toe bleek de kwantumefficiëntie telkens veel te laag om ooit met anorganische katalysatoren te kunnen concurreren. Er zit dus schot in.

bron: University of Liverpool, Nature Chemistry