Door zonne-energie aangedreven chemie een stap dichter bij de realiteit

Wetenschappers van de Universiteit van Helsinki bieden nieuwe inzichten in de controle over reactieselectiviteit met zichtbaar licht in plasmonische katalyse.

Bij hun ontdekking werd ontdekt dat door de samenstelling te ontwikkelen in nanodeeltjes die Ag en Pd bevatten, bestraling met zichtbaar licht kan worden gebruikt als een duurzame energie-input, niet alleen om moleculaire transformaties te versnellen, maar ook om controle over reactieselectiviteit mogelijk te maken.

Door bijvoorbeeld de hydrogenering van fenylacetyleen als modeltransformatie te gebruiken, toonden wetenschappers aan dat bestraling met zichtbaar licht kan worden gebruikt om het reactiepad van hydrogenering naar homokoppeling te sturen, waardoor de aard van de producten die met en zonder zichtbaar licht worden gegenereerd, verandert. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie.

“Dit is een opwindende ontdekking”, zegt professor Pedro Camargo van de Universiteit van Helsinki, die de studie leidde. “De controle over reactieselectiviteit met zichtbaar licht door middel van plasmonische katalyse kan de weg vrijmaken voor duurzamere en efficiëntere chemische processen.”

Het gebruik van zichtbaar licht om chemische reacties te versnellen via plasmonische katalyse biedt unieke mogelijkheden om veel mildere reactiecondities te bereiken dan reacties die bijvoorbeeld conventioneel worden uitgevoerd onder externe verwarming en hoge druk.

Reactieselectiviteit in nanokatalyse blijft een uitdaging

Plasmonische katalyse omvat het gebruik van de collectieve oscillaties van elektronen in metalen nanodeeltjes om chemische reacties te versterken. Deze aanpak is uitgebreid bestudeerd vanwege het potentieel om de hoeveelheid energie die nodig is om chemische reacties aan te drijven te verminderen en de reactiesnelheden te verhogen.

Katalyse speelt een centrale rol in onze samenleving. Het verwijst naar de versnelling van moleculaire transformaties in aanwezigheid van een katalysator, die snellere chemische reacties mogelijk maakte maar niet wordt verbruikt in de reactie zelf. Het gebruik van nanodeeltjes als katalysatoren (ook wel nanokatalyse genoemd) heeft invloed op de productie van een breed scala aan producten, van brandstoffen tot chemicaliën en farmaceutische producten. In deze context kan een efficiënter katalytisch proces niet alleen de impact op het milieu verminderen, maar ook de toegang tot essentiële producten voor mensen over de hele wereld vergroten.

Het beheersen van reactieselectiviteit bij nanokatalyse is cruciaal omdat in veel gevallen een reactie meerdere producten kan produceren. Sommige hiervan zijn mogelijk ongewenst of hebben minder waarde. Als we de reactieselectiviteit zouden kunnen beheersen, zouden we de vorming van een gewenst product mogelijk kunnen maken, processen efficiënter en kosteneffectiever kunnen maken, terwijl we extra zuiveringsstappen vermijden en de productie van afval verminderen. Controle over selectiviteit bespaart dus tijd, middelen en energie.

Ondanks de zeer aantrekkelijke eigenschappen blijft de controle over reactieselectiviteit bij nanokatalyse een uitdaging.