Innovativer Ansatz in der grünen Chemie: Neuer Katalysator verwandelt CO₂ in nützliche Chemikalien

BerlinWissenschaftler des Fritz-Haber-Instituts haben eine bedeutende neue Methode in der grünen Chemie entwickelt. Sie haben einen Weg gefunden, Kohlendioxid (CO₂) in nützliche Brennstoffe und Chemikalien umzuwandeln. Die in Nature Communications veröffentlichte Studie erläutert, wie die Veränderung der Katalysatorstruktur die Effizienz des Prozesses steigert.

So funktioniert der Durchbruch:

• Eine kathodische Spannung treibt die Umwandlung von CO₂ an, indem Kupfer-Nanopartikel gebildet werden.
• Eine anodische Spannung kehrt diesen Prozess um und zersetzt die Nanopartikel wieder in einzelne Atome.
• Durch Variation der Pulsdauern kann gesteuert werden, ob der Katalysator als Einzelatome, kleine Cluster oder größere Nanopartikel existiert.

Diese Methode ermöglicht es Wissenschaftlern, das Verhalten des Katalysators äußerst präzise zu steuern und ihn an spezifische Reaktionen anzupassen. Zum Beispiel eignen sich einzelne Kupferatome am besten zur Wasserstoffproduktion, kleine Cluster zur Methanherstellung und größere Nanopartikel zur Erzeugung von Ethylen. Mit Hilfe der operando schnellen Röntgenabsorptionsspektroskopie kann das Team diese Veränderungen in Echtzeit mit einer Genauigkeit im Millisekundenbereich beobachten.

Die Bedeutung dieser Entdeckung ist enorm. Sie bietet eine Lösung für ein großes Problem bei der Erweiterung der Technologie zur CO₂-Reduktion für industrielle Anwendungen. Traditionelle Verfahren erzeugen oft eine Vielzahl verschiedener Produkte, was es schwierig und ineffizient macht, bestimmte Chemikalien herzustellen. Diese neue Methode ermöglicht hingegen eine genaue Kontrolle darüber, welche Produkte entstehen, und könnte dadurch das Recycling von CO₂ effizienter und skalierbarer machen.

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Der Katalysator kann während des Betriebs ausgetauscht werden, um das gewünschte Produkt zu erzeugen, was mehr Flexibilität bietet. Dadurch können industrielle Prozesse in Echtzeit an die Nachfrage des Marktes und die Verfügbarkeit von Energie angepasst werden, um verschiedene Produkte herzustellen.

Der Fortschritt eröffnet zudem neue Forschungsmöglichkeiten. Die Untersuchung, wie verschiedene Bestandteile des Katalysators den CO₂-Reduktionsprozess beeinflussen, hilft bei der Entwicklung besserer Materialien. Zukünftige Forschungen könnten sich darauf konzentrieren, die Effizienz und Haltbarkeit dieser Katalysatoren zu verbessern, um sie für den langfristigen industriellen Einsatz geeigneter zu machen.

Angesichts der weltweiten Bemühungen zur Förderung nachhaltiger Energie und Reduzierung von Treibhausgasemissionen ist diese neue Methode von entscheidender Bedeutung. Durch den Einsatz von erneuerbarem Strom und diesem verbesserten Katalyseverfahren können wir die CO₂-Werte erheblich senken und nützliche Industriechemikalien und Brennstoffe produzieren.

Diese Studie legt den Grundstein für effizientere, skalierbare und anpassungsfähige CO₂-Reduktionstechnologien und markiert einen bedeutenden Fortschritt im Kampf gegen den Klimawandel.