Kupfer hilft: Neuer Katalysator macht CO2 + Licht effizient zu Methanol

Ein neuer Katalysator kann mit hoher Effizienz, Kohlendioxid zu Methanol umwandeln, wenn er Sonnenlicht ausgesetzt ist. Dabei ist das Material nicht nur besser als vergleichbare Konkurrenten, sondern besteht auch nur aus leicht verfügbaren, billigen Elementen.

Leicht verfügbare Stoffe

Mit dem Katalysator lässt sich die sogenannte Photokatalyse anschieben. Dabei wird ein Halbleitermaterial mit Licht bestrahlt und sorgt dafür, dass Reaktionen stattfinden. Im vorliegenden Fall geht es darum, CO2 und Wasser dazu zu bringen, sich in Methanol umzuwandeln. Bisher mangelte es diesem Verfahren allerdings an Effizienz und Selektivität.

Das konnte ein gemeinsames Forscherteam der Universitäten Nottingham, Birmingham, Queensland und Ulm nun aber ändern. Die Basis ihres Katalysators bildet ein nanokristallines Kohlenstoffnitrid. In dessen Struktur sind einzelne Kupfer-Atome eingebettet. Ohne Kupfer ist das Material bereits 44 Mal aktiver als herkömmliches Kohlenstoffnitrid - die Dotierung mit dem Metall steigert die Effizienz noch einmal um das Vierfache.

Die Aufgabe wird nun darin bestehen, den neuen Katalysator auch außerhalb des Labors unter industriellen Bedingungen produzierbar zu machen. In diesem Fall wäre es dann möglich, Photokatalyse-Module zu bauen, die in die Sonne gestellt werden und selbstständig aus Kohlendioxid Methanol synthetisieren, das sich dann pur oder nach einer Weiterverarbeitung als klimaneutraler Treibstoff einsetzen lässt.

Sonne zu Treibstoff

"Es gibt eine große Vielfalt an unterschiedlichen Materialien, die in der Photokatalyse verwendet werden. Es ist wichtig, dass der Photokatalysator Licht absorbiert und Ladungsträger mit hoher Effizienz trennt. In unserem Ansatz kontrollieren wir das Material auf der Nanoskala. Wir haben eine neue Form von Kohlenstoffnitrid mit kristallinen, nanoskaligen Domänen entwickelt, die eine effiziente Wechselwirkung mit Licht und eine ausreichende Ladungstrennung ermöglichen", erklärte Madasamy Thangamuthu, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der School of Chemistry in Nottingham.

Unklar ist aktuell, in welchen Konzentrationen Kohlendioxid und Wasser bereitgestellt werden müssen. Ideal wäre es natürlich, wenn die in der Luft verfügbaren Mengen ausreichen würden, so dass lichtbeschienene Module ohne weiteres Zutun Treibstoff produzieren - aber auch unter Einsatz fast reinen Kohlendioxid aus Abscheidungs-Anlagen hätte man einen großen Vorteil gegenüber anderem Synthese-Systemen, in die man viel Energie stecken muss.


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