Met platina op titaniumdioxide kun je melkzuur fotokatalytisch omzetten in aceetaldehyde. Dat betekent dat het complete traject van biomassa in chemische bouwstenen nu is te doorlopen zonder dat je enzymen nodig hebt, schreven Eindhovense onderzoekers onlangs in Chemical Communications.

Eerder waren al efficiënte heterogene katalysatoren gevonden voor de omzetting van biomassa in melkzuur. Maar de laatste stap, waarbij je het melkzuur wilt decarboxyleren tot iets nuttigs met een koolstofatoom minder, was nog een uitdaging.

Geïnspireerd door enkele vergeten publicaties, waarvan de oudste dateert uit 1929, hebben Kaituo Liu, Emiel Hensen en collega’s nu twee routes uitgewerkt om het voor elkaar te krijgen. Het simpelste is om een sterke UV-lamp boven de aceetaldehyde-oplossing te hangen: bij een golflengte van maximaal 250 nm krijg je dan omzetting naar ethanol en CO2, met mierenzuur en 2,3-butaandiol als voornaamste bijproducten. De auteurs vermoeden dat er een radicaalmechanisme achter zit. De opbrengst is echter niet denderend.

Alles verandert wanneer je een edelmetaal op titaniumdioxidedrager toevoegt als heterogene katalysator. Ten eerste krijg je dan aceetaldehyde in plaats van ethanol; naast CO2 wordt dan ook H2 gevormd, maar andere bijproducten ontstaan nauwelijks meer. Ten tweede lukt het nu ook met zichtbaar licht, al is de opbrengst duidelijk lager dan wanneer je UV of een mix van beide golflengtegebieden (zoals zonlicht) gebruikt.

Het geeft een hint over het vermoedelijke reactiemechanisme. Uit een combinatie van dichtheidsfunctionaaltheoretische berekeningen en spectroscopische metingen blijkt dat dat een vrij ingewikkelde cyclus moet zijn waar een edelmetaalnanodeeltje en drie titaniumionen uit TiO2 aan te pas komen.

Het edelmetaal kan goud, palladium of ruthenium zijn maar platina werkt het beste. Na drie uur belichten is dan 41% van het melkzuur omgezet.

Met dezelfde lichtbron en dezelfde katalysator blijk je ook grotere chemische bouwstenen te kunnen maken. Daartoe moet je je melkzuur niet in water oplossen maar in ethanol. Je krijgt dan aceetaldehydediethylacetaal. In methanol krijg je - logischerwijze - aceetaldehydedimethylacetaal maar ook paraformaldehyde.

bron: TU/e, Chemical Communications