Die Umwandlung von Kohlendioxid (CO₂) in Chemikalien mit höherer Wertschöpfung, beispielsweise Kraftstoffe, ist eine große Herausforderung in der grünen Chemie. Das CO-Molekül2 Da diese Umwandlung sehr stabil ist, sind Energie und die Entwicklung effizienter und kostengünstiger Katalysatoren erforderlich. Daher wurden in den letzten Jahren mehrere elektrochemische Verfahren entwickelt, bei denen kupferbasierte Elektroden, die als Katalysator dienen, oder kohlenstoffbasierte Elektroden, die mit molekularen Katalysatoren* bedeckt sind, zum Einsatz kommen. Letzteren gelang es bisher vor allem, einfache Verbindungen wie Kohlenmonoxid (CO) oder Formiat (HCOO) herzustellen–). Es bleibt immer noch schwierig, komplexere Produkte mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen zu erhalten.
Wenn Katalysatoren auf Kupferbasis erfolgreich sind, erzeugen sie häufig eine Mischung aus Molekülen mit zwei oder mehr Kohlenstoffatomen, typischerweise Ethanol, aber auch Ethylen und Acetat, wobei die Selektivität kaum kontrolliert werden kann. Aus der Perspektive einer Kohlenstoffkreislaufwirtschaft wäre es offensichtlich vorzuziehen, Ethanol direkt zu produzieren, ohne dass zusätzliche Reinigungs- und Produkttrennungsschritte erforderlich wären. Ein internationales Wissenschaftlerteam hat kürzlich ein neues katalytisches System entwickelt, das diese Hindernisse mithilfe eines metallorganischen Eisenkomplexes, Eisentetraphenylporphyrin oder Fe-TPP, überwindet, der auf einem Nickelträger abgeschieden wird.
Niederländische, amerikanische, kanadische und französische Forscher (am Pariser Institut für Molekulare Chemie – CNRS/Sorbonne-Universität) verwendeten einen innovativen Ansatz, der darin besteht, den molekularen Katalysator aufzuhängen, Und Eisenkomplex, auf Nickelschaum. Diese Strategie, die trotz ihres Potenzials für konkurrierende elektrochemische Reaktionen auf herkömmliche kohlenstoffhaltige Träger verzichtet und stattdessen metallische Elektroden verwendet, ermöglichte eine nahezu vollständige CO-Umwandlung2 in Ethanol. Bemerkenswert ist, dass die Nickel-Fe-TPP-Elektrode hohe Ethanolausbeuten bei niedrigen Potentialen liefert, ohne unerwünschte Nebenprodukte wie Acetat oder Methan zu erzeugen, und damit alle nicht kupferbasierten Systeme übertrifft. Und diese Effizienz bleibt über viele Betriebsstunden erhalten.
Dieser Vorschuss, veröffentlicht in Naturkatalysestellt lang gehegte Annahmen über molekulare Katalysatoren in Frage. Es bietet vor allem neue elektrochemische Wege, CO₂ und CO in Alkohole wie Ethanol, aber auch Methanol oder Propanol umzuwandeln. Das erzeugte Ethanol kann problemlos gespeichert und als erneuerbarer Kraftstoff verwendet werden, was eine nachhaltige Alternative zu fossilen Ressourcen darstellt und die Abhängigkeit von Biomasse und wasserintensiver Bioethanolproduktion verringert. Und wenn der Kreislauf für das CO bald geschlossen wäre2 ?
*Im Gegensatz zu herkömmlichen Feststoff- oder Metallkatalysatoren handelt es sich bei molekularen Katalysatoren häufig um metallorganische Komplexe, bei denen ein zentrales Metallatom von organischen Liganden umgeben ist, die seine chemischen Eigenschaften verändern.
Herausgeber: AVR
