Nieuws

Supramoleculaire elektronenspinsturing

Arjen Dijkgraaf |
Anorganische chemie, Duurzaamheid & Energie, Nanotechnologie, Organische chemie

Bij het elektrochemisch splitsen van water speelt elektronenspin een cruciale rol. En als je dat eenmaal weet kun je heel eenvoudig voorkomen dat naast zuurstof ook waterstofperoxide wordt gevormd, schrijven Eindhovense en Israëlische onderzoekers in JACS.

TU/e-onderzoeker Bert Meijer en Ron Naaman van het Weizmann-instituut in Rehovot vermoeden dat er nog veel meer chemische reacties zijn die je stukken selectiever kunt maken door de elektronenspin te sturen. En dat is een concept waar tot nu toe vrijwel niemand aan lijkt te hebben gedacht.

Hoe de anodereacties in zo’n elektrochemische cel precies verlopen, is nog altijd niet bekend. Daardoor is het ook niet duidelijk hoe die H2O2 ontstaat Maar volgens Meijer en Naaman staat wél vast dat zowel O2 als H2O2 ontstaan uit twee OH· -radicalen. Die ontstaan weer uit twee OH--ionen die elk één elektron afstaan aan de anode.  En alleen als de spins van de twee resterende ongepaarde elektronen in die radicalen toevallig antiparallel staan, kunnen ze H2O2 vormen: de grondtoestand van dat molecuul laat geen parallelle spins toe. Voor O2, met zijn triplet-grondtoestand, maken de spins niet uit.

Zorg je dus dat de anode alleen OH· -radicalen met spins in één richting kweekt, dan krijg je volgens deze hypothese geen H2O2 meer. En de experimenten van Meijer en Naaman lijken dat te bevestigden. Ze voorzagen een TiO2-anode van een coating, die ontstaat door supramoleculaire zelfassemblage van organische halfgeleiders. Daarbij kozen ze moleculen uit waarvan twee spiegelbeeldvormen bestaan, en verwerkten in de coating slechts één van die twee. En inderdaad zagen ze dat zo’n ‘enantiozuivere’ coating elektronen met één bepaalde spinrichting gemakkeljker doorlaat. Helemaal selectief is het niet; het is lastig te meten maar de verhouding tussen beide spins lijkt ongeveer 4:1 te zijn.

En inderdaad ontstaat er dan geen meetbare hoeveelheid H2O2 meer.

De onderzoekers maten het effect bij zowel zinkporfyrines als tri(pyrid-2-yl)amine trisamide (TPyA). Vervingen ze de enantiozuivere stoffen door racemische mengsels van beide spiegelbeelden, dan  krijg je wél gewoon H2O2.

Die H2O2-vorming is vooral een probleem wanneer je fotokatalytsch wilt splitsen met behulp van zonlicht. Het peroxide tast de gebruikte fotokatalysatoren aan, en mede daardoor moet je een hogere overpotentiaal gebruiken en meer energie in het systeem pompen dan je lief is.

Uiteraard ziet Meijer het ook als goede reclame voor zijn meest dierbare specialisme, de supramoleculaire chemie, waarvan dit wel eens een van de eerste serieuze industriële toepassingen zou kunnen worden.

bron: TU/e, JACS

Deel deze pagina
C2W zoekt stagiairs!

Ben je geïnteresseerd? Neem een kijkje wat we je kunnen bieden!

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

Word abonnee/lid

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!

Naar boven