Nieuw kwantummateriaal brengt milieuvriendelijke methanolomzetting binnen handbereik

Onderzoekers van Griffith University hebben innovatieve, milieuvriendelijke kwantummaterialen ontwikkeld die de transformatie van methanol in ethyleenglycol kunnen stimuleren.

Ethyleenglycol is een belangrijke chemische stof die wordt gebruikt voor de productie van polyester (waaronder PET) en antivriesmiddelen, met een wereldwijde productie van ruim 35 miljoen ton per jaar en een sterke groei.

Momenteel wordt het voornamelijk geproduceerd uit petrochemicaliën via energie-intensieve processen.

Methanol (CH₃OH) kan duurzaam geproduceerd worden uit CO₂, landbouwbiomassa-afval en plastic afval via verschillende methoden zoals hydrogenering, katalytische gedeeltelijke oxidatie en fermentatie. Als brandstof dient methanol ook als circulaire waterstofdrager en als voorloper van tal van chemicaliën.

Onder leiding van professor Qin Li van het Griffith’s Micro- en Nanotechnologiecentrum in Queensland maakt de methode van het team gebruik van door zonne-energie aangedreven fotokatalyse om methanol onder milde omstandigheden om te zetten in ethyleenglycol. Dit proces maakt gebruik van zonlicht om chemische reacties op gang te brengen, waardoor afval wordt geminimaliseerd en het gebruik van hernieuwbare energie wordt gemaximaliseerd.

De studie“Colloïdale synthese van Carbon Dot-ZnSe Nanoplatelet van der Waals Heterostructures for Boosting Photocatalytic Generation of Methanol-Storable Hydrogen”, is gepubliceerd in het tijdschrift Klein.

Terwijl eerdere pogingen tot deze conversie met uitdagingen te maken kregen – zoals de behoefte aan giftige of kostbare materialen – hebben professor Li en het onderzoeksteam een ​​groenere oplossing gevonden.

“Klimaatverandering is een grote uitdaging waarmee de mensheid vandaag de dag wordt geconfronteerd”, zei professor Li.

“Om dit aan te pakken moeten we ons concentreren op emissievrije energieopwekking, productie met lage emissies en een circulaire economie. Methanol valt op als een cruciale chemische stof die deze drie strategieën met elkaar verbindt.

“Wat we hebben gemaakt is een nieuw materiaal dat koolstof-kwantumdots combineert met zinkselenide-kwantumputten.”

“Deze combinatie verbetert de fotokatalytische activiteit aanzienlijk, meer dan vier keer hoger dan het gebruik van alleen koolstofkwantumdots, wat de effectiviteit van het nieuwe materiaal aantoont”, aldus hoofdauteur Dr. Dechao Chen.

De aanpak heeft ook een hoge fotostroom aangetoond, wat wijst op een efficiënte ladingsoverdracht binnen het materiaal, cruciaal voor het aansturen van de gewenste chemische reacties.

Analyses bevestigden de vorming van ethyleenglycol, en het bijproduct van deze reactie is groene waterstof. Deze ontdekking opent nieuwe mogelijkheden voor het gebruik van milieuvriendelijke materialen bij fotokatalyse, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor duurzame chemische productie.

Als nieuw kwantummateriaal heeft het ook het potentieel om te leiden tot verdere vooruitgang op het gebied van fotokatalyse, detectie en opto-elektronica.

“Ons onderzoek toont een belangrijke stap aan in de richting van groene chemie en laat zien hoe duurzame materialen kunnen worden gebruikt om belangrijke chemische transformaties te bewerkstelligen”, zegt professor Qin Li. “Dit zou de methanolconversie kunnen transformeren en aanzienlijk kunnen bijdragen aan de vermindering van de uitstoot.”