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 Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik