Den elektrokemiska reduktionen av en grupp organiska föreningar på platina är starkt beroende av arrangemanget av atomerna i platinaytan. Christoph Bondue, postdoc i Marc Kopers grupp, publicerade detta i Naturkatalys den 4 mars. Reduktionen av sådana föreningar är en viktig process för att göra kemiska råvaror mer hållbara.

De allra flesta råvarorna i den kemiska industrin är baserade på fossila källor, gör dem i sig ohållbara. Ett mer hållbart alternativ vore att byta till biomassarelaterade råvaror, till exempel vid syntes av plast. Jämfört med fossila kolväten, biomassa innehåller mycket mer C=O-bindningar:en kol- och syreatom med en dubbelbindning. En sådan förening med en C=O-bindning kallas också en keton. Innan denna biomassa kan användas i befintliga kemiska processer, C=O-bindningarna måste reduceras.

"Om du kan genomföra denna minskning med hjälp av hållbart genererad el, med andra ord med elektrokemi, det skulle vara jättebra, säger Marc Koper, Professor i katalys och ytkemi. "Det är vad vi har fokuserat på i den här studien." Forskningen är en del av ett NWO-projekt inom ramen för "New Chemical Innovations, " samfinansierat av Shell och Akzo Nobel.

För denna forskning, Bondue och Koper samarbetade med Federico Calle-Vallejo vid universitetet i Barcelona. Calle-Vallejo stödde experimentarbetet med datorberäkningar. Forskarna tittade på den enklaste ketonföreningen, lösningsmedlet aceton – mer känd för de flesta som nagellackborttagare. De tittade på möjligheten att reducera C=O-bindningen med hjälp av elektrokemi, med platina som elektrokatalysator. Atomstrukturen på platinaytan påverkade inte bara reaktionens effektivitet, men också resultatet.

Till exempel, ingenting händer alls på en platinayta där atomerna är närmast packade, i bikakestrukturen. På en yta där platinaatomerna är ordnade som ett schackbräde, det bildas en produkt som inte längre vill lämna ytan:en sådan platinayta inaktiverar sig själv. Själva reduktionen av C=O-bindningen sker endast om det finns så kallade defekter i ytstrukturen. Dessa är avbrott i den vanliga bikake- eller schackbrädesstrukturen.

Katalysen sker på ett sådant sätt att produkten av reduktionen beror på hur exakt platinaatomerna är ordnade i defekten. För att beskriva detta mer i detalj, kemist använda koordinationsnumret. Detta anger hur många andra atomer en platinaatom är kopplad till. Koper och hans kollegor fann att en defekt med ett högt koordinationstal producerar 2-propanol, en alkohol. På en defekt med ett lägre koordinationsnummer, forskarna mätte propan – en molekyl där syreatomen som ursprungligen fanns i aceton har reagerat bort helt.

"Det har rapporterats regelbundet att reaktiviteten är mycket känslig för strukturen på platinaytan, " säger Koper. "Se till exempel den senaste forskningen av Ludo Juurlink, som använde en böjd platinayta. Men observationen att selektiviteten - eller produkten du gör - är så känslig för den lokala strukturen är ganska unik."

"Med denna insikt, vi kan mer effektivt utveckla katalysatorer för omvandling av biomassarelaterade molekyler till önskade slutprodukter, " säger Koper. "Våra senaste experiment visar att mer komplexa ketoner än aceton uppvisar samma beteende, såsom minskning av acetofenon, en aromatisk doft." Detta är en indikation på att Kopers och hans medarbetares forskning kan extrapoleras till minskningen av biomassa.