Dia­man­ten für die Pho­to­ka­ta­lyse

Aus Kohlendioxid und Sonnenlicht lässt sich mit der Hilfe von Diamant wertvolle Rohstoffe erzeugen, etwa die Gase Methan und Kohlenmonoxid oder Methanol. (Bild: A. Krueger / CORDIS / energyviews.de)

Aus Kohlendioxid und Sonnenlicht lassen sich mit der Hilfe von Diamant wert­volle Roh­stoffe er­zeu­gen, etwa die Gase Me­than und Koh­len­mon­oxid oder Me­tha­nol. (Bild: A. Krueger / Cordis)

Bisher kann es nur die Natur: Aus Sonnenlicht und dem Gas Kohlendioxid, das in der Atmosphäre der Erde reichlich vorhanden ist, organische Substanzen herstellen – und das in einer einfachen Umgebung aus Wasser. Die Wissenschaft möchte diesen Trick auch beherrschen, um damit bei­spiels­weise Feinchemikalien oder Treibstoffe für Autos und die Energiegewinnung produzieren zu können. Funktionieren könnte das mit neuen Technologien auf der Basis von maß­ge­schnei­der­ten Diamant-Materialien.

Diese Entwicklungsarbeiten laufen im neuen internationalen Forschungsverbund DIACAT, den Anke Krueger vom Institut für Organische Chemie der Universität Würzburg koordiniert. Das Akronym steht für Diamond materials for the photocatalytic conversion of CO2 to fine chemicals and fuels using visible light. Die Europäische Union fördert den Verbund in den kommenden vier Jahren mit rund 3,9 Millionen Euro; gut 615.000 Euro davon fließen an die Uni Würzburg.

Die EU hat das Projekt in ihrem Horizon-2020-Programm bewilligt. Dabei waren „innovative Ideen für radikal neue Technologien“ gefragt. Insgesamt 670 Projektvorschläge wurden eingereicht, nur 24 davon erhielten eine Förderzusage. Darunter ist DIACAT das einzige Projekt, das von einer Einrichtung in Deutschland koordiniert wird. Es startete am 1. Juli.

Diamant besitzt außergewöhnliche elektronische Eigenschaften. Dank ihrer ist es möglich, mit Hilfe von Licht Elektronen aus der Oberfläche einer Diamant-Elektrode zu emittieren. Diese Elektronen lassen sich dann, zum Beispiel in Wasser, für chemische Reaktionen mit unterschiedlichen Ausgangsstoffen nutzen.

Allein die Möglichkeit, in Wasser gelöste Elektronen zu erzeugen, ist schon eine Besonderheit. „Doch die hohe Energie dieser Elektronen ermöglicht darüber hinaus Reaktionen, die mit Hilfe anderer Halbleitermaterialien wie Silizium, Siliziumkarbid oder Galliumarsenid gar nicht möglich wären“, so Krueger. Zu diesen Reaktionen gehört auch die Rückführung von Kohlendioxid in den chemischen Kreislauf.

Bislang funktioniert das Verfahren allerdings nur mit ultraviolettem Licht. „Unser Ziel ist es nun, das sichtbare Licht der Sonne dafür nutzen zu können und somit eine besonders umweltfreundliche Technologie zu entwickeln“, sagt die Chemikerin. „Wenn wir Erfolg haben, wird dies einen großen Beitrag zur ressourcenschonenden Herstellung von Treibstoffen und Chemikalien liefern und möglicherweise einen technologischen Wandel befeuern.“

Neben Kruegers Gruppe an der JMU sind das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik in Freiburg, CEA Saclay, die Universitäten Oxford und Uppsala sowie das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie beteiligt. Die Firma Ionic Liquids Technologies GmbH in Heilbronn, ein Spezialist für ionische Flüssigkeiten, komplettiert das Konsortium. (Quelle: JMU)

Link: DIACAT, CORDISKohlenstoff-Nanomaterialien und ihre moekularen Modelle (A. Krueger), Institut für Organische Chemie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg

 

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