Fotoquelle: MaxPixel. (CC0)

Chemiker haben ein Molekül entwickelt, das Licht oder Elektrizität nutzt, um Kohlendioxid effizienter in Kohlenmonoxid umzuwandeln - eine kohlenstoffneutrale Brennstoffquelle - als jede andere Methode der "Kohlenstoffreduktion".

"Wenn Sie ein effizient genug Molekül für diese Reaktion erstellen können, wird es Energie produzieren, die in Form von Kraftstoffen frei und speicherbar ist", sagt Studienleiter Liang-shi Li, außerordentlicher Professor in der Chemie-Abteilung an der Indiana University Bloomington. "Diese Studie ist ein großer Schritt in diese Richtung."

Brennender Brennstoff wie Kohlenmonoxid produziert Kohlendioxid und setzt Energie frei. Die Umwandlung von Kohlendioxid in Kraftstoff erfordert mindestens die gleiche Menge an Energie. Ein wichtiges Ziel unter den Wissenschaftlern war die Verringerung der benötigten überschüssigen Energie.

Das ist genau das, was Li's Molekül erreicht: es erfordert die geringste Menge an Energie, die bis jetzt berichtet wurde, um die Bildung von Kohlenmonoxid voranzutreiben. Das Molekül - ein Nanographen-Rhenium-Komplex, der über eine organische Verbindung, bekannt als Bipyridin, verbunden ist - löst eine hocheffiziente Reaktion aus, die Kohlendioxid in Kohlenmonoxid umwandelt.

Die Fähigkeit, Kohlenmonoxid effizient und ausschließlich zu erzeugen, ist aufgrund der Vielseitigkeit des Moleküls signifikant.

"Kohlenmonoxid ist ein wichtiger Rohstoff in vielen industriellen Prozessen", sagt Li. "Es ist auch eine Möglichkeit, Energie als CO2-neutralen Brennstoff zu speichern, da Sie nicht mehr Kohlenstoff in die Atmosphäre zurückgeben, als Sie bereits entfernt haben. Du gibst den Solarstrom, den du benutzt hast, einfach wieder frei. "

Das Geheimnis der Effizienz des Moleküls ist Nanographen - ein Graphitstück im Nanometermaßstab, eine gängige Form von Kohlenstoff (dh das schwarze "Blei" in Bleistiften) - weil die dunkle Farbe des Materials viel Sonnenlicht absorbiert.

Li sagt, dass Bipyridin-Metall-Komplexe lange untersucht wurden, um Kohlendioxid mit Sonnenlicht zu Kohlenmonoxid zu reduzieren. Aber diese Moleküle können nur einen winzigen Teil des Lichts im Sonnenlicht verwenden, hauptsächlich im ultravioletten Bereich, der für das bloße Auge unsichtbar ist. Im Gegensatz dazu nutzt das Molekül die Lichtabsorptionskraft von Nanographen, um eine Reaktion zu erzeugen, die Sonnenlicht in der Wellenlänge bis zu 600-Nanometern verwendet - ein großer Teil des sichtbaren Lichtspektrums.

Im Wesentlichen, sagt Li, ist das Molekül ein zweiteiliges System: ein Nanographen "Energiekollektor", der Energie aus Sonnenlicht absorbiert, und ein atomarer Rhenium- "Motor", der Kohlenmonoxid produziert. Der Energiesammler treibt einen Elektronenfluss zum Rheniumatom, das das normalerweise stabile Kohlendioxid wiederholt bindet und in Kohlenmonoxid umwandelt.

Die Idee, Nanographen mit dem Metall zu verbinden, entstand aus Lis früheren Bemühungen, mit dem Material auf Kohlenstoffbasis eine effizientere Solarzelle zu schaffen. "Wir haben uns gefragt: Können wir die mittleren Man-Solarzellen herausschneiden und die Licht absorbierende Eigenschaft von Nanographen alleine nutzen, um die Reaktion voranzutreiben?", Sagt er.

Als nächstes plant Li, das Molekül leistungsfähiger zu machen, indem es es länger hält und in einer nicht-flüssigen Form überlebt, da feste Katalysatoren in der realen Welt einfacher zu verwenden sind. Er arbeitet auch daran, das Rheniumatom im Molekül - ein seltenes Element - durch Mangan, ein häufigeres und weniger teures Metall, zu ersetzen.

Das Indiana University Office des Vice Provost for Research und die National Science Foundation unterstützten die Forschung, die in der Journal of the American Chemical Society.

Quelle: Indiana University

Bücher zum Thema

at InnerSelf Market und Amazon