Met een redoxgel in een foto-elektrochemische cel kun je tegelijk glycerol oxideren én waterstofgas produceren, laten Amsterdamse onderzoekers zien in Angewandte Chemie Int. Ed..
In een dye-sensitized photo-electrochemical cell (DSPEC) kun je al waterstofgas maken met zuurstofgas als bijproduct, alleen is de efficiëntie nog erg laag (rond 1%). Didjay Bruggeman, Joost Reek en collega’s van de Universiteit van Amsterdam deden een paar aanpassingen aan hun DSPEC om het proces efficiënter te maken en moleculair gezien meer uit de oxidatiestap te halen.
Een van de aanpassingen is het uitkiezen van een andere oxidatiereactie om ervoor te zorgen dat de cel naast waterstofgas ook andere commercieel waardevolle verbindingen produceert. De focus lag in dit geval op het maken van bulkchemicaliën door de oxidatie van biomoleculen, met glycerol als voorbeeld.
In de DSPEC gebruikten de onderzoekers een mesoporeuze TiO2-fotoanode gekleurd met een thienopyrroldion-gebaseerde kleurstof, AP11. Dit soort fotoanodes zijn maar matig stabiel in de basische waterige omgeving die nodig is voor de gekozen oxidatiereactie. Ter bescherming van de fotoanode plaatsten ze een acetonitril-gel met TEMPO op de fotoanode ter bescherming.
Door de fotoanode te beschijnen met licht, komt de AP11-kleurstof in aangeslagen toestand (AP11*). Hierna geeft AP11* een elektron af aan het elektrische circuit en wordt AP11+. TEMPO staat een elektron af en herstelt AP11+ op die manier weer, zodat de kleurstof opnieuw kan worden aangeslagen.
Bij het afstaan van het elektron ontstaat TEMPO+. Dat oxideert het glycerol uit de oplossing tot glyceraldehyde, wat TEMPO+ weer reduceert tot TEMPO. Tegelijkertijd gebruikt de DSPEC het vrijgekomen elektron van AP11* voor het omzetten van protonen uit de waterige oplossingen in waterstofgas. Zo sla je twee vliegen in één klap.
‘Het zou natuurlijk heel tof zijn om relevantere biomoleculen zoals cellulose te kunnen oxideren via deze opstelling’, vertelt Bruggeman. ‘Hierdoor maak je de technologie nog aantrekkelijker voor industriële toepassingen.’ Een andere optie waar Bruggeman en collega’s naar kijken is om een vergelijkbaar systeem te ontwerpen in een ‘flow’-reactor. ‘Dan is de bulk reactie minder diffusie-gelimiteerd en komen we nog dichter bij de procestechnologie’, licht ze toe.
Bruggeman, D.F. et al. (2022) Angew. Chem. Int. Ed. e202200175, doi.org/10.1002/anie.202200175
Nog geen opmerkingen