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© João Junqueira
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Elektrochemie Stabiler Kupfer-Katalysator für die Kohlendioxid-Umwandlung

[26.03.2021]

CO2 lässt sich elektrochemisch in Ausgangsstoffe für die Industrie umwandeln. Bislang fehlen aber Katalysatoren, die über lange Zeit stabil sind. Mit ein paar Tricks könnte sich das Problem lösen lassen. Einen neuen Katalysator für die Umwandlung von Kohlendioxid (CO2) in Chemikalien oder Treibstoffe haben Forschende der RUB und von CENIDE entwickelt.

Sie optimierten bereits verfügbare Kupfer-Katalysatoren, um ihre Selektivität und Langzeitstabilität zu verbessern. Die Ergebnisse beschreibt das Team um Dr. Yanfang Song und Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann vom Bochumer Zentrum für Elektrochemie mit dem Team um Prof. Dr. Corina Andronescu von der Duisburg-Essener Arbeitsgruppe Technische Chemie III in der Zeitschrift Angewandte Chemie, online veröffentlicht am 9. Februar 2021.

Bor macht Kupfer-Katalysator stabil

Das Klimagas CO2 lässt sich in größere Kohlenstoffverbindungen umwandeln, die als Grundchemikalien für die Industrie oder als Kraftstoffe genutzt werden können. Forschende verfolgen die Idee, CO2 elektrochemisch mithilfe regenerativer Energien umzusetzen. So würden nicht nur nützliche Produkte entstehen; diese würden gleichzeitig auch als Speicher für die erneuerbaren Energien dienen. Kupfer hat sich in früheren Studien bereits als vielversprechender Katalysator herausgestellt, allerdings muss es in Form eines teilweise positiv geladenen Ions vorliegen – und genau das stellt das Problem dar.

Unter herkömmlichen Reaktionsbedingungen wird Kupfer schnell von seiner positiv geladenen Form in den neutralen Zustand umgewandelt, was für die Bildung von Produkten mit mehr als zwei Kohlenstoffatomen ungünstig ist und so den Katalysator deaktiviert.

Das Team aus Bochum und Duisburg-Essen modifizierte daher einen Kupfer-Katalysator mit Bor. Die Forscherinnen und Forscher testeten verschiedene Kupfer-Bor-Verhältnisse und bestimmten die optimale Zusammensetzung, um das Entstehen von Verbindungen mit mehr als zwei Kohlenstoffatomen zu begünstigen. Sie zeigten außerdem, dass der Bor-Kupfer-Katalysator bei Stromdichten betrieben werden kann, wie sie im industriellen Maßstab erforderlich wären.

Bild: Die Gasdiffusionselektrode wurde in dieser Messzelle getestet. Der Gaschromatograph detektiert die Produkte.