In Californië is een covalent organic framework ontwikkeld dat koolstofdioxide opzuigt en tegelijk de omzetting in koolstofmonoxide katalyseert. Het zou heel efficiënt kunnen worden, suggereert een publicatie van Berkeley-onderzoekers Christopher Chang en Omar Yaghi op de website van Science.

Zo’n covalent organic framework (COF) bestaat uit organische moleculen, die via covalente bindingen aan elkaar worden gezet tot een soort kippengaas. Dat gaas kun je dan weer stapelen tot een poreuze 3D-structuur. Het lijkt sterk op de veel beter bekende metal organic frameworks (MOF), maar dan zonder metaal.

De variant van Chang en Yaghi bevat wel metaalionen, maar niet als structuurelement. De ‘hoekstenen’ van de structuur zijn namelijk porfyrines, waarin je een kobalt(II)ion kunt ophangen. Om precies te zijn ga je uit van 5,10,15,20-tetrakis(4-aminofenyl)porfinatokobaltmoleculen die je onderling verbindt met 1,4-benzeendicarboxaldehyde of (voor iets grotere poriën) bifenyl-4,4’-dicarboxaldehyde.

Dat dergelijke kobaltporfyrines als losse moleculen in water de elektrochemische omzetting van CO₂ in CO katalyseren, is al veel langer bekend. Ingebouwd in een COF (en nog steeds onder water, tussen twee elektrodes) blijken ze het nog steeds te doen, met het grote voordeel dat het dan geen homogene maar heterogene katalyse is en je je porfyrines niet achteraf uit je reactor hoeft te filteren.

Doordat het COF bovendien CO₂ selectief adsorbeert, wordt de katalytische activiteit van die porfyrines nog verhoogd ook. In één geval maakte het een factor 60 uit ten opzichte van losse moleculen, claimen de auteurs.

Nadeel is wel dat door de lage oplosbaarheid van CO₂ in water het grootste deel van de kobaltkernen ongebruikt lijkt te blijven. De auteurs proberen dat te ondervangen door een deel van het cobalt te vervangen door koper dat de reactie sowieso niet katalyseert, of door het COF als dunne laag op te bouwen óp de kathode.

Dat laatste blijkt er overigens toe te leiden dat Co(II) deels wordt gereduceerd tot Co(I). Kennelijk beïnvloedt de COF-omgeving de elektronenwolk van het kobaltion sterker dan je zou verwachten. Een bijverschijnsel dat voor deze reactie niet per se welkom is maar handig kan zijn wanneer je ooit ándere dingen wilt gaan doen met metaalhoudende COF-structuren.

bron: Berkeley Lab