Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bald Brennstoffe aus Kohlendioxid?

05.12.2014

Effektives Katalysatorsystem für die photokatalytische Reduktion von CO2 zu Kohlenwasserstoffen

Kohlenwasserstoffe sind immer noch unsere bedeutendsten Energieträger, aber müssen sie zwangsläufig aus fossilen Quellen gewonnen werden? Warum nicht den Verbrennungsprozess umkehren und sie aus CO2 aufbauen?


Bestrahlung mit Sonnenlicht setzt Elektronen in den Halbleiter-Röhrchen frei. Diese werden auf die bimetallischen Edelmetall-Nanopartikel übertragen und von dort weiter auf das CO2.

(c) Wiley-VCH

Dies ließe sich mit einem durch Sonnenenergie getrieben Verfahren realisieren, sobald geeignete Katalysatoren zur Verfügung stehen. Wissenschaftler aus Japan und China stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt ein neues, besonders effektives photokatalytisches System vor – vielleicht ein weiterer Schritt auf dem Weg zu CO2–neutralen Kraft- und Brennstoffen.

Verschiedene Katalysatoren für die photokatalytische Reduktion von CO2 wurden bereits entwickelt, z.B. auf der Basis von Strontiumtitanat (SrTiO3, STO) oder Titandioxid (TiO2). Angesichts der speziellen Energieniveaus dieser zwei Halbleitermaterialien schien den Forschern um Jinhua Ye eine Heterostruktur aus beiden Stoffen besonders erfolgversprechend.

Die Wissenschaftler vom National Institute for Materials Science (Japan) und dem U-NIMS Joint Research Center der Tianjin University (China) stellten Anordnungen koaxial ausgerichteter STO/TiO2-Nanoröhrchen her. Die Röhrchen bestückten sie gleichmäßig mit Nanopartikeln aus einer Gold-Kupfer-Legierung als Co-Katalysator. Hydrazin-Hydrat (N2H4•H2O) dient als Wasserstoffquelle und sorgt für die notwendige reduzierende Atmosphäre. So gelang es den Forschern, CO2 sehr effizient in CO, Methan (CH4) und weitere Kohlenwasserstoffe umzusetzen.

Bestrahlung mit Sonnenlicht setzt Elektronen in den Halbleiter-Röhrchen frei. Dank der STO/TiO2-Heterostrukturen lässt sich die damit verbundene Ladungstrennung besser aufrecht erhalten als bei den reinen Substanzen. Die Elektronen werden auf die bimetallischen Edelmetall-Nanopartikel übertragen und von dort weiter auf das CO2, das entstehende CO und weitere gasförmige Zwischenprodukte.

Die hohe Oberfläche der Röhrenbündel und die Porosität der Wände der Nanoröhrchen sorgen für eine hohe Gasdiffusion und sorgen für einen effektiven Transport der Ladungen. Aufgrund spezieller Legierungseffekte können die Gold-Kupfer-Nanopartikel den Rücktransport photogenerierter Elektronen in den Halbleiter wesentlich effektiver aufhalten als die Reinmetalle. Das Hydrazin-Hydrat liefert den benötigten Wasserstoff, sorgt für einen Elektronen-Nachschub am Katalysator und schafft eine reduzierende Atmosphäre, die die Metall-Nanopartikel über lange Zeit stabilisiert.

Wird dagegen Wasser als Wasserstoff-Quelle genutzt, ist eine rasche Deaktivierung des katalytischen Systems zu verzeichnen. Das CO2 wird an den Nanopartikeln zunächst zu CO und dann weiter zu CH4 und anderen Kohlenwasserstoffen reduziert. Bei einem Verhältnis von Gold zu Kupfer von 3:1 in der Legierung ist der Anteil der entstehenden Kohlenwasserstoffe am höchsten.

Angewandte Chemie: Presseinfo 41/2014

Autor: Jinhua Ye, National Institute for Materials Science (Japan), http://www.nims.go.jp/units/erm/project_1/JYE/yejinhua.htm

Permalink to the original article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201409183

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.


Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Renate Hoer | GDCh

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht E-Mobilität: Neues Hybridspeicherkonzept soll Reichweite und Leistung erhöhen
12.12.2017 | Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES

nachricht Meilenstein in der Kreissägetechnologie
11.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mit Quantenmechanik zu neuen Solarzellen: Forschungspreis für Bayreuther Physikerin

12.12.2017 | Förderungen Preise

Stottern: Stoppsignale im Gehirn verhindern flüssiges Sprechen

12.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

E-Mobilität: Neues Hybridspeicherkonzept soll Reichweite und Leistung erhöhen

12.12.2017 | Energie und Elektrotechnik