Diese künstliche Photosynthese verwandelt CO2 in Alkohol und Kohlenwasserstoffe

Die künstliche Photosynthese ist ein vielversprechender biomimetischer Prozess, der darauf abzielt, Kohlendioxid mithilfe von Sonnenenergie in kohlenstoffhaltige Moleküle von Interesse umzuwandeln. Damit dieses Verfahren praktikabel ist, muss es einfach und robust, kostengünstig und selektiv sein. Eine große Herausforderung, die einem französisch-vietnamesischen Forscherteam nun gelungen ist, dank eines auf Elektrodenmaterialien immobilisierten Kobaltkomplexes.


Obwohl Kohlendioxid (CO₂) das Haupttreibhausgas ist, das für den Klimawandel verantwortlich ist, kann es dennoch eine wertvolle Kohlenstoffquelle für die Herstellung von Kraftstoffen, kohlenstoffhaltigen Materialien und chemischen Produkten sein, die wir in einer Post-Öl-Gesellschaft benötigen.

Dazu müssen katalytische Verfahren entwickelt werden, die CO₂ in interessante Moleküle umwandeln und gleichzeitig erneuerbare Energiequellen nutzen. Diese katalytischen Systeme müssen selektiv sein, indem sie nur ein einziges Umsetzungsprodukt von CO₂ erzeugen und gleichzeitig die wettbewerbsfähige Wasserstoffproduktion durch Wasserzerlegung vermeiden.


Forscher des SolHyCat Teams am Labor für Chemie und Biologie der Metalle (CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes) haben gezeigt, dass durch die Immobilisierung eines Kobalt-Koordinationskomplexes auf Kohlenstoffnanoröhren ein katalytisches Material zur Umwandlung von CO₂ in Kohlenmonoxid (CO) mit über 90% Selektivität entsteht, wobei die restlichen 10% Wasserstoff sind.

Dieses System ist schnell und stabil mit über 20.000 katalytischen Zyklen in 2 Stunden ohne Aktivitätsverlust. Das entstehende CO/H₂-Gemisch, bekannt als Synthesegas (oder Syngas), ist ein wichtiger Zwischenstoff für die Synthese einer Vielzahl von Produkten wie Alkohol und Kohlenwasserstoffen.


Noch beeindruckender ist, dass dasselbe Team in Zusammenarbeit mit einer Gruppe der französisch-vietnamesischen Universität Hanoi den Kobalt-basierten Katalysator in eine photoelektrochemische Zelle integriert hat. Diese Zelle nutzt Sonnenenergie, um CO₂ und Wasser in Synthesegas völlig autonom umzuwandeln.

Im Kern dieser Vorrichtung wird der Kobalt-Katalysator mit einem Photosensibilisator kombiniert, um die Funktionsweise von photosynthetischen Lebewesen nachzuahmen.

Redakteur: AVR

Referenzen:

Impact of the Surface Microenvironment on the Redox Properties of a Co-Based Molecular Cathode for Selective Aqueous Electrochemical CO₂-to-CO Reduction
Matthieu Haake, Dmitry Aldakov, Julien Pérard, Giulia Veronesi, Antonio Aguilar Tapia, Bertrand Reuillard & Vincent Artero.
J. Am. Chem. Soc. 2024
DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.4c03089

Unassisted Solar Syngas Production by a Molecular Dye-Cobalt Catalyst Assembly in a Tandem Photoelectrochemical Cell
Duc N. Nguyen, Emmanouil Giannoudis, Tatiana Straistari, Jennifer Fize, Matthieu Koepf, Phong D. Tran, Murielle Chavarot-Kerlidou & Vincent Artero.
ACS Energy Letters 2024
DOI: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c02480

Quelle: CNRS INC