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Sinnvolle Wandlung Forscher machen mit Kupfer aus CO2 wertvolle Brennstoffe

Quelle: Fritz-Haber-Institut 1 min Lesedauer

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Forscher der „Interface Science-“Abteilung am Fritz-Haber-Institut (FHI)verbessern Kupfereinzelkristall-Oberflächen als Modellkatalysatoren, um Kohlendioxid in Ethylen und Ethanol umzuwandeln.

Sinnvolle Schnapsidee! Forscher am Fritz-Haber-Institut (FHI) der Max-Planck-Gesellschaft intensivieren die Rolle von Kupfer bei der Umwandlung von Kohlendioxid in wertvolle Brennstoffe. So werden aus dem verdächtigen Klimakiller saubere Energielieferanten, wie Alkohol.(Bild: Fritz-Haber-Institut)
Sinnvolle Schnapsidee! Forscher am Fritz-Haber-Institut (FHI) der Max-Planck-Gesellschaft intensivieren die Rolle von Kupfer bei der Umwandlung von Kohlendioxid in wertvolle Brennstoffe. So werden aus dem verdächtigen Klimakiller saubere Energielieferanten, wie Alkohol.
(Bild: Fritz-Haber-Institut)

Die Kohlendioxidemissionen sind in den letzten Jahrzehnten gestiegen, heißt es. Dem Gas wird bekanntlich eine Klimaschädlichkeit nachgesagt. Aber Kupfer hat sich als vielversprechender Katalysator für die Umwandlung von Kohlendioxid erwiesen – insbesondere, um etwa Ethylen und Ethanol zu gewinnen. Dazu wurde jetzt eine Methode entwickelt, die gepulste Potentiale in elektrochemischen Behandlungen mit einer tiefgehenden spektromikroskopischen Charakterisierung (LEEM/XPEEM) kombiniert. Die Forscher wollen so die elektrokatalytischen Eigenschaften gut definierter Kupferoberflächen besser verstehen und mithilfe der Erkenntnisse optimieren. Durch abwechselnde anodische (oxidierende) und kathodische (reduzierende) Pulse beobachteten die Experten etwa, dass Kupferoberflächen Veränderungen in ihrer Struktur (Bildung spezifischer kristalliner Facetten) und ihrem Oxidationszustand (Erzeugung und Stabilisierung von Cu(I)-Spezies) zeigen, die CO2 effizienter in Kohlenwasserstoffe und Alkohole umwandeln können.

Ein neuere Weg, um an Energieträger heranzukommen

Während des anodischen Pulses bilden sich durch lokal selektive Auflösung von Kupfer in das Elektrolyt umgekehrte pyramidenartige Strukturen mit spezifischen Seitenfacetten. Darüber hinaus wird bei diesem anodischen Puls (0,6 Volt Spannung) die Kupferoberfläche oxidiert, was zu einem etwa einem Nanometer messenden Film aus Cu(I) führt, wie es heißt. Interessanterweise werde beim folgenden kathodischen Puls (-1 Volt) nur der oberste Teil dieses Films zu metallischem Kupfer reduziert, was zu einer sandwichartigen Struktur eines etwa 0,5 Nanometer dicken metallischen Kupferfilms auf einer etwa ebenso dicken Cu(I)-Unterschicht auf dem metallischen Kupfer-Bulk-Kristall führt. Beide Strukturen, also die Facetten und das Unterschichtoxid, seien wichtig für die verbesserte Produktion von Ethylen und Ethanol. Insbesondere scheint das Nebeneinander von metallischen und Cu2O-Spezies mit einer Verbesserung der Ethanolproduktion verbunden zu sein, während hauptsächlich metallische, gestufte Oberflächen zu erhöhten Ethylenausbeuten führen, wie die FHI-Forscher herausgefunden haben. Diese Erkenntnis liefere wertvolle Informationen für theoretische Modelle und helfe dabei, das Verständnis des katalytischen Verhaltens von Kupfer zu verfeinern.

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