Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie das Klimagas Kohlendioxid zum Rohstoff wird

04.07.2016

Forscher haben einen Katalysator entdeckt, der das Klimagas Kohlendioxid hochselektiv in Ethylen umwandelt – einen wichtigen Ausgangsstoff für die chemische Industrie. In der Zeitschrift „Nature Communications“ beschreibt ein Team um Prof. Dr. Beatriz Roldan Cuenya von der Ruhr-Universität Bochum, wie plasmabehandeltes Kupfer diese Aufgabe verrichten kann. Die Wissenschaftler entschlüsselten auch den Mechanismus, der der erfolgreichen Plasmabehandlung zugrunde liegt.

Forscher haben einen Katalysator entdeckt, der das Klimagas Kohlendioxid hochselektiv in Ethylen umwandelt – einen wichtigen Ausgangsstoff für die chemische Industrie. In der Zeitschrift „Nature Communications“ beschreibt ein Team um Prof. Dr. Beatriz Roldan Cuenya von der Ruhr-Universität Bochum, wie plasmabehandeltes Kupfer diese Aufgabe verrichten kann.


Sie forschen an neuen Katalysatoren, die Kohlendioxid umwandeln: Hemma Mistry (links) und Beatriz Roldan Cuenya

RUB, Kramer

Bislang existierende Katalysatoren für die Umwandlung von Kohlendioxid in nützliche Chemikalien waren nicht effizient genug. Ein Problem: Die Materialien besitzen keine hohe Selektivität; sie produzieren sehr wenig Ethylen und zu viele ungewollte Nebenprodukte. In dem vorliegenden Fall ist dies nun anders.

Mehr Selektivität durch Plasmabehandlung

Doktorandin Hemma Mistry vom Bochumer Institut für Experimentalphysik IV nutzte Kupferfilme als Katalysatoren, die sie zuvor mit einem Sauerstoff- und Wasserstoffplasma behandelte. Dadurch veränderte sie die Eigenschaften der Kupferoberfläche, machte sie zum Beispiel rauer oder weniger rau und oxidierte das Material. Die Wissenschaftlerin variierte die Plasmaparameter so lange, bis sie die optimalen Oberflächeneigenschaften gefunden hatte.

Ihr bester Katalysator erreicht eine höhere Ethylen-Produktionsrate als herkömmliche Kupferkatalysatoren. Gleichzeitig arbeitet er sehr selektiv, sodass kaum unerwünschte Nebenprodukte entstehen. „Es ist ein neuer Rekord für dieses Material“, resümiert Beatriz Roldan Cuenya.

Mechanismus entschlüsselt

Die Forscher entschlüsselten auch den Grund für den Erfolg der Plasmabehandlung. Mit
Synchrotronstrahlung untersuchten sie den chemischen Zustand des Kupferfilms während der Katalyse der Reaktion. So fanden sie die Ursache für die hohe Ethylen-Selektivität. Entscheidend dafür waren positiv geladene Kupferionen an der Katalysatoroberfläche.

Zuvor war man davon ausgegangen, dass Kupfer unter den Reaktionsbedingungen nur in seiner ungeladenen metallischen Form vorliegen kann. Eine Annahme, die die Forscher nun widerlegten und in zusätzlichen mikroskopischen Analysen bestätigten.

„Die Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten für das gezielte Design von Katalysatoren auf der Nanoskala mit gewünschter Aktivität und Selektivität“, sagt Beatriz Roldan Cuenya, Leiterin des Instituts für Experimentalphysik IV an der RUB mit den Schwerpunkten Festkörper- und Oberflächenphysik.

Kooperationspartner

Für die Studie kooperierte die Gruppe von Beatriz Roldan Cuenya aus Bochum mit der Gruppe von Prof. Dr. Peter Strasser von der Technischen Universität Berlin, der Gruppe von Prof. Dr. Judith C. Yang von der Universität von Pittsburg und der Gruppe von Dr. Eric A. Stach von dem Brookhaven National Laboratory. Das Team nutzte die Versuchsanlagen an der Stanford-Synchrotron-Strahlungsquelle.

Förderung

Finanzielle Unterstützung für die Studie kam vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (#03SF0523, CO2EKAT), der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Exzellenzclusters Resolv (EXC 1069) sowie der US National Science Foundation (NSF-Chemistry 1213182 und NSF-DMR 1207065) und dem Office for Basic Energy Sciences des US Department of Energy (DE-FG02-08ER15995).

Originalveröffentlichung

Hemma Mistry et al.: Highly selective plasma-activated copper catalysts for carbon dioxide reduction to ethylene, in: Nature Communications, 2016, DOI: 10.1038/ncomms12123

Pressekontakt

Prof. Dr. Beatriz Roldan Cuenya, Institut für Experimentalphysik IV, Fakultät für Physik und Astronomie, Ruhr-Universität Bochum, Tel.: 0234 32 23650, E-Mail: beatriz.roldan@rub.de

Redaktion: Julia Weiler

Weitere Informationen:

http://aktuell.ruhr-uni-bochum.de/meldung/2016/07/meld03400.html.de

Raffaela Römer | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Usutu-Virus verringert Amselpopulation im Ausbruchsgebiet
22.11.2017 | Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin

nachricht 26 neue Zwergfrösche aus Madagaskar
22.11.2017 | Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns

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: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

Neues Elektro-Forschungsfahrzeug am Institut für Mikroelektronische Systeme

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Autonomes Fahren – und dann?

22.11.2017 | Verkehr Logistik

Material mit vielversprechenden Eigenschaften

22.11.2017 | Materialwissenschaften

Forscherteam am IST Austria definiert Funktion eines rätselhaften Synapsen-Proteins

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie