Ett internationellt forskarlag har använt nanopartiklar för att omvandla koldioxid till värdefulla råvaror. Forskare vid Ruhr-Universität Bochum i Tyskland och University of New South Wales i Australien har antagit principen från enzymer som producerar komplexa molekyler i flerstegsreaktioner. Teamet överförde denna mekanism till metalliska nanopartiklar, även känd som nanozymer. Kemisterna använde koldioxid för att tillverka etanol och propanol, som är vanliga råvaror för den kemiska industrin.

Teamet som leds av professor Wolfgang Schuhmann från Centre for Electrochemistry i Bochum och professor Corina Andronescu från University of Duisburg-Essen, tillsammans med det australiensiska teamet under ledning av professor Justin Gooding och professor Richard Tilley, redovisas i Journal of the American Chemical Society den 25 augusti 2019.

"Att överföra enzymernas kaskadreaktioner till katalytiskt aktiva nanopartiklar kan vara ett avgörande steg i utformningen av katalysatorer, säger Wolfgang Schuhmann.

Partikel med två aktiva centra

Enzymer har olika aktiva centra för kaskadreaktioner, som är specialiserade på vissa reaktionssteg. Till exempel, ett enda enzym kan producera en komplex produkt från ett relativt enkelt utgångsmaterial. För att imitera detta koncept, forskarna syntetiserade en partikel med en silverkärna omgiven av ett poröst lager av koppar. Silverkärnan fungerar som det första aktiva centret, kopparskiktet som det andra. Mellanprodukter som bildas vid silverkärnan reagerar sedan i kopparskiktet för att bilda mer komplexa molekyler, som slutligen lämnar partikeln.

I detta arbete, det tysk-australiska laget visade att den elektrokemiska reduktionen av koldioxid kan ske med hjälp av nanozymer. Flera reaktionssteg på silverkärnan och kopparskalet omvandlar utgångsmaterialet till etanol eller propanol.

"Det finns också andra nanopartiklar som kan producera dessa produkter från CO ₂ utan kaskadprincipen, " säger Wolfgang Schuhmann. "Men, de kräver betydligt mer energi."

Forskarna vill nu vidareutveckla konceptet med kaskadreaktionen i nanopartiklar för att selektivt kunna producera ännu mer värdefulla produkter som etylen eller butanol.