{"id":145458,"date":"2024-06-07T07:23:00","date_gmt":"2024-06-07T05:23:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=145458"},"modified":"2024-06-03T11:23:23","modified_gmt":"2024-06-03T09:23:23","slug":"katalysator-aus-dem-baukasten","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/katalysator-aus-dem-baukasten\/","title":{"rendered":"Katalysator aus dem Baukasten"},"content":{"rendered":"\n\n
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Das Treibhausgas CO2<\/sub>\u00a0als chemischen Rohstoff zu verwenden, w\u00fcrde nicht nur Emissionen, sondern gleichzeitig den Verbrauch fossiler Rohstoffe verringern. Eine neuartige metallfreie organische Ger\u00fcstverbindung k\u00f6nnte Wege er\u00f6ffnen, Ethylen, eine der bedeutendsten Basischemikalien, elektrokatalytisch aus CO2<\/sub>\u00a0herzustellen. Wie ein Team in der Zeitschrift\u00a0Angewandte Chemie<\/em>\u00a0berichtet, spielen Stickstoffatome mit spezieller Elektronenkonfiguration dabei eine entscheidende Rolle.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Ethylen (Ethen, C2<\/sub>H4<\/sub>) ist ein essenzieller Ausgangspunkt f\u00fcr viele Produkte wie Polyethylen und andere Kunststoffe. Ethylen wird industriell unter sehr hohem Energieeinsatz durch Cracken und Rektifikation fossiler Rohstoffe hergestellt. Die elektrochemische Umsetzung von CO2<\/sub> zu Ethylen w\u00e4re eine vielversprechende Route zur Reduktion der CO2<\/sub>-Emissionen sowie zur Einsparung von Energie und fossilen Rohstoffen.<\/p>\n\n\n\n

CO2<\/sub> ist sehr stabil und l\u00e4sst sich nur schwer zur Reaktion bringen. Mit Strom und Katalysatoren l\u00e4sst es sich inzwischen zu C1<\/sub>-Chemikalien wie Methanol oder Methan umsetzen. Die zus\u00e4tzliche Herausforderung bei der Herstellung von Ethylen: Eine Bindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen muss gekn\u00fcpft werden. Dies gelingt bisher nur an Kupfer-Katalysatoren. Eine metallfreie Elektrokatalyse w\u00e4re w\u00fcnschenswert, denn Metalle sind ein Kostenfaktor und oft problematisch f\u00fcr die Umwelt.<\/p>\n\n\n\n

Das Team um Chengtao Gong und Fu-Sheng Ke von der Universit\u00e4t Wuhan (China) hat jetzt einen metallfreien Elektrokatalysator f\u00fcr die Umsetzung von CO2<\/sub> zu Ethylen auf Basis einer Stickstoff-haltigen kovalenten organischen Ger\u00fcstverbindung (Covalent Organic Framework, COF) entwickelt. COFs sind eine neue Klasse por\u00f6ser, kristalliner, rein organischer Materialien mit definierter Topologie. Anders als metallorganische Ger\u00fcstverbindungen (MOFs) ben\u00f6tigen sie keine Metallionen f\u00fcr den Zusammenhalt. Porengr\u00f6\u00dfen und chemischen Eigenschaften lassen sich \u00fcber die Bausteine breit einstellen.<\/p>\n\n\n\n

Das neue COF enth\u00e4lt Stickstoffatome mit spezieller Elektronen-Konfiguration (sp3<\/sup>-Hybridisierung) als katalytisch aktive Zentren. Diese sp3<\/sup>-Stickstoffzentren verbinden als sog. Aminale (zwei an ein Kohlenstoffatom gebundene Aminogruppen) die einzelnen Bausteine zu einem Ger\u00fcst. Anders als COFs mit klassischen Imin-Verkn\u00fcpfungen (\u2013C=N\u2013) haben Aminal-COFs strikte Anforderungen an die L\u00e4ngen und Bindungswinkel der Bausteine, damit durch Ringschl\u00fcsse Ger\u00fcststrukturen entstehen k\u00f6nnen. Als passend erwies sich eine Kombination aus Piperazin (Sechsring aus vier Kohlenstoff- und zwei Stickstoffatomen) und einem Baustein aus drei aromatischen Kohlenstoff-Sechsringen. <\/p>\n\n\n\n

Als Elektroden zeigten die synthetisierten COFs eine hohe Selektivit\u00e4t und Leistungsf\u00e4higkeit (Faraday-Effizienz bis zu 19,1%) f\u00fcr die Erzeugung von Ethylen. Erfolgsgeheimnis des Aminal-COFs ist die hohe Dichte an aktiven sp3<\/sup>-Stickstoffzentren, die CO2<\/sub>\u00a0sehr effektiv einfangen und Elektronen \u00fcbertragen. So entsteht eine hohe Konzentration angeregter Intermediate, die dann eine C-C-Kupplung eingehen k\u00f6nnen. Verschiedene ebenfalls getestete Imin-COFs, die keinen sp3<\/sup>-, sondern einen sp2<\/sup>-Stickstoff enthalten, erzeugten dagegen kein Ethylen. Dies belegt die Bedeutung der passenden Elektronen-Konfiguration f\u00fcr die elektrochemische CO2<\/sub>-Reduktion zu Ethylen.<\/p>\n\n\n\n

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\u00dcber den Autor \/ die Autorin<\/h3>\n\n\n\n

Prof. Fu-Sheng Ke ist Associate Professor an der School of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University. Seine Arbeiten konzentrieren sich auf die electrochemische Energiespeicherung und -umwandlung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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