Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Aus trägen Stäbchen werden reaktive Häkchen: Zinkoxid reißt CO2 aus seiner Trägheit heraus

09.07.2007
RUB-Forscher entdecken Schlüssel-Schloss-Prinzip

Aus chemischer Sicht ist Kohlendioxid - das wichtigste Treibhausgas - ein recht reaktionsträges Molekül. Entsprechend ist es nur schwer möglich, CO2-Moleküle aus der Atmosphäre zur Teilnahme an Reaktionen zu bewegen, bei denen Wertstoffe erzeugt werden.


Außergewöhnliches Carbonat: Die Belegung der gemischt-terminierten ZnO(10 0)-Oberfläche mit CO2 führt sogar schon unterhalb Zimmertemperatur zur Bildung einer ungewöhnlichen, tridentaten ("dreizähningen") Carbonatspezies, bei der alle drei Atome des CO2-Moleküls durch starke, kovalente Bindungen mit den Atomen der Oxidoberfläche verbunden sind. Besonders interessant ist die Existenz einer nur locker gepackten Phase, bei der jeder zweite Adsorptionsplatz noch frei ist.

Eine systematische Untersuchung der Wechselwirkung von Zinkoxid mit verschiedenen kleinen Molekülen überraschte nun die Forscher des Sonderforschungsbereiches 558 ("Metall-Substrat-Wechselwirkungen in der heterogenen Katalyse", Sprecher: Prof. Dr. Christof Wöll): Sie zeigte, dass Zinkoxid schon bei relativ niedrigen Temperaturen CO2 aktivieren kann. Auf der Oberfläche entsteht aus dem stäbchenförmigen, reaktionsträgen Kohlendioxid das stark gewinkelte Carbonat-Ion, das chemisch viel aktiver ist. Über ihr Ergebnis berichten die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie.

Theoretische Berechnungen helfen Ergebnisse zu deuten

... mehr zu:
»Aktivierung »CO2 »Kohlendioxid »Molekül »Zinkoxid »ZnO

Die durch eine Kombination verschiedener Techniken erzielten Ergebnisse zur Wechselwirkung von CO2 mit ZnO waren zunächst unverständlich und erst durch eine enge Zusammenarbeit mit den Kollegen aus der Theoretischen Chemie zu deuten, die Reaktionen im Computer ablaufen lassen und detailliert untersuchen können. "Besonders interessant ist die Art und Weise, wie die Aktivierung des Kohlendioxids stattfindet", berichtet Prof. Wöll. "Es handelt sich hier nicht um eine Reaktion an Defekten, also an Lücken im Kristallgitter - den Reaktionsmechanismus, der momentan von Fachleuten in diesem Gebiet am wahrscheinlichsten gehalten wird - sondern um eine Anlagerung an perfekte, ungestörte Bereiche einer Zinkoxidoberfläche." Diese spezielle Orientierung wurde bislang als eher reaktionsträge angesehen und nicht als Kandidat für interessante chemische Prozesse betrachtet.

Schlüssel passt genau ins Schloss

Die theoretischen Rechnungen zeigen, dass die Aktivierung auf dieser Oberfläche auf ein Schlüssel-Schloss-Prinzip zurückzuführen ist: Das gewinkelte CO2 passt genau in die Oberflächenstruktur der speziellen Zinkoxidoberfläche; deswegen ist eine Aktivierung dieses in der Gasphase linearen Moleküls schon bei relativ niedrigen Temperaturen möglich. "Von wesentlicher Bedeutung dabei ist, dass die Oberfläche nicht dicht mit diesen Carbonaten belegt ist, sondern dass genug Platz bleibt, um jeweils zwischen zwei Carbonaten noch ein weiteres Molekül zu adsorbieren", erklärt Prof. Wöll. Damit eröffnet sich eine neue Möglichkeit, aus aktiviertem CO2 durch Reaktion mit anderen Molekülen auf chemischem Wege Produkte zu erzeugen, die entweder anderweitig verwendet oder kostengünstig gelagert werden können.

Anwendung von Zinkoxid: Von Malerei bis Sonnenschutz

Zinkoxid ist ein vergleichsweise billiges Material, das vielseitig eingesetzt wird. Die Anwendungen reichen von der Malerei (Zinkweiß) bis zum Sonnenschutz. In der Chemie wird dieses Oxid neben der Reifenherstellung vor allem als Katalysator eingesetzt. Die Rolle, die Zinkoxid bei der Synthese von Methanol - der drittwichtigsten Chemikalie weltweit - spielt, ist Gegenstand der Forschungsarbeiten im SFB 558 (www.sfb558.de).

Titelaufnahme

Yuemin Wang, Roman Ková?ik, Bernd Meyer, Konstantinos Kotsis, Dorothee Stodt, Volker Staemmler, Hengshan Qiu, Franziska Traeger, Deler Langenberg, Martin Muhler und Christof Wöll: CO2-Aktivierung durch ZnO unter Bildung eines ungewöhnlichen tridentaten Oberflächencarbonats: Resultate einer kombinierten experimentellen und theoretischen Studie, In: Angew. Chem. 2007, 119, 5722-5725.

CO2 Activation by ZnO via Formation of an Unusual Tridentate Surface Carbonate, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 5624-5627.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Christof Wöll, Lehrstuhl für Physikalische Chemie I, Fakultät für Chemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, NC 5/ 74, Tel. 0234/32-25529, Fax: 0234/32-14182, E-Mail: woell@pc.ruhr-uni-bochum.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Berichte zu: Aktivierung CO2 Kohlendioxid Molekül Zinkoxid ZnO

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie