Eine Gruppe von Forschern unter der Leitung von Wissenschaftlern des Brookhaven National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) hat einen Ansatz gefunden, der die Geschwindigkeit der Katalyse um den Faktor 800 verbessern kann.
Der von den Forschenden untersuchte Katalysator benötigt weit weniger Energie als die bislang bei der CO2-Reduktion eingesetzten Materialien und zeigt eine hervorragende Leistung. Er könnte die Basis für die Entwicklung besserer zukünftiger Katalysatoren bilden.
Die Forschungsgruppe begannen mit einem bestehenden Katalysator auf der Basis des Metalls Rhenium. Ein Rheniumatom bildet das katalytische Zentrum des Moleküls und wird von organischen Fragmenten aus Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff getragen. Die Gruppe schuf drei neue Versionen des Katalysators, indem sie ihn strategisch mit Kationen „dekorierte“, wobei jede Version einen anderen Abstand zwischen den Kationen und dem Rhenium-Metallzentrum aufwies.
Die Gruppe fand heraus, dass dieser Abstand die Wirksamkeit des Katalysators erheblich beeinflussen kann. Bei einem Schlüsselabstand stieg die katalytische Aktivität sprunghaft an, und zwar um einen Faktor von etwa 800, ohne dass viel zusätzliche elektrische Energie benötigt wurde. Mit Hilfe der Computerchemie fand die Gruppe heraus, dass die Kationen eine stabilisierende Wirkung auf spätere Teile der katalytischen Reaktion haben, und dass der schnellste Katalysator einen Niedrigenergieweg freisetzt, der normalerweise nicht für molekulare Katalysatoren auf Rheniumbasis beobachtet wird.
In Zukunft wollen die Forscher ihr katalytisches System weiter ausbauen, indem sie Lichtabsorber auf der Basis von Halbleitern wie Silizium integrieren, d. h. Materialien, die einfallendes Licht einfangen und in elektrische Energie umwandeln. Sie werden untersuchen, ob die Lichtabsorber genug Energie liefern können, um die katalytische Reaktion teilweise anzutreiben und so den Bedarf an direkter elektrischer Energie zu verringern. (jr)
