Stanford-onderzoekers hebben ontdekt hoe je zes vierkante centimeter silicium kunt bedekken met één bepaalde zijde van een koperkristalstructuur. Zo kun je tenminste nagaan welk kristaloppervlak zich het beste leent voor elektrochemische omzetting van CO₂ in brandstoffen, schreven Thomas Jaramillo en collega’s onlangs in PNAS.

Net als alle kristalroosters heeft zo’n koperkristal een reeks verschillende zijvlakken, elk met een andere ordening van atomen en dus ook met een andere onderlinge afstand. Dat CO₂ en andere moleculen mooier passen op het ene zijvlak dan op het andere en dat er dus verschillen zijn in katalytische activiteit, ligt voor de hand. Maar aan een willekeurig stuk koper kun je niet zien welk oppervlak boven ligt. En de grootste stukken waarvan dat wél bekend was, waren tot nu toe niet groter dan een vierkante millimeter.

De nu gepresenteerde monokristallijne stukken van 6 cm² kwamen tot stand dankzij epitaxiale groei. De ondergrond, van silicium of saffier, heeft ook een bepaalde kristalstructuur en een dunne laag koperatomen past daar maar op één manier lekker op.

Op die manier zijn Cu(100), Cu(111) en Cu(751)-oppervlakken gecreëerd, die groot genoeg zijn om als elektrode in een oplossing te hangen. En dan zie je het verschil: bij Cu(751) liggen de koperatomen veel verder uit elkaar dan bij de andere twee, en dat blijkt het meest gunstig als je CO₂ selectief wilt omzetten in zuurstofhoudende brandstofadditieven zoals ethanol en propanol.

Of dit inhoudt dat het ook de moeite waard is om epitaxiaal elektrodes te kweken voor CO₂-hergebruik op commerciële schaal, valt uiteraard nog te bezien. De techniek lijkt nogal duur. Maar wetenschappelijk gezien verschaft het alvast nuttige nieuwe inzichten, en wellicht leiden die tot ándere manieren om CO₂-omzettingskatalysatoren selectiever te maken.

Jaramillo en collega’s gaan het nu ook met nikkel en andere metalen proberen.

bron: Stanford