Wereldwijd klinkt de oproep om de hoeveelheid CO₂ in de lucht te verminderen. Om dat voor elkaar te krijgen zou je CO₂ in brandstoffen of andere nuttige moleculen kunnen omzetten, zodat je de koolstofkringloop kunt sluiten. De truc is om dat efficiënt te doen, omdat CO₂ een vrij inert molecuul is en veel energie nodig heeft voor het met andere moleculen reageert. Pau Martínez Molina, Francesc Sastre en collega’s van onder andere het Nederlandse TNO, Zuyd Hogeschool en de Vlaamse Hasselt Universiteit vonden daarvoor een short cut.

De onderzoekers combineerden een aantal recente ontdekkingen en brachten die optimaal samen. Ze begonnen met een katalysator van plasmonische goudnanodeeltjes op een support van TiO₂ in de anataas-vorm (een iets minder stabiele alternatieve kristalstructuur dan de normale). Deze katalysator zet CO₂ en H₂ selectief om in CO.

Bij dit proces is meestal ook een hoge temperatuur van boven de 800°C vereist, maar het nieuwe proces heeft een reactortemperatuur van minder dan 30°C en heeft alsnog een selectiviteit van 98%. De truc zit hem in het ‘plasmonische’ gedeelte. Plasmonische nanodeeltjes kunnen namelijk een veel groter bereik aan elektromagnetische straling opnemen in vergelijking met het pure metaal. De onderzoekers gebruikten een zonlichtsimulator met een concentrator die de intensiteit van het zonlicht tot 14,4 keer de zon verhoogde.

Het invallende geconcentreerde zonlicht verhit de katalysatorbodem tot zo’n 135°C, mede doordat de nanodeeltjes werken als nano-heaters. De plekken op de katalysator waar de reactie plaatsvindt krijgen zo de benodigde warmte-energie. Het licht verhindert daarnaast ook de vorming van methaan, wat bij lagere temperaturen eerder wordt gevormd dan CO.

Met een efficiëntie van 98%, een relatief hoge kwantumefficiëntie van 4,7% en een CO-productiesnelheid van 429 mmol/h per gram goud lijkt dit proces een mooi opstapje naar de industrie waar je vervolgens langere koolwaterstoffen moet kunnen synthetiseren.

_{Martínez Molina, P. et al. (2021) ChemCatChem 13, doi.org/10.1002/cctc.202100699}