Nickelbasierte Katalysatoren beseitigen Treibhausgas

CO2-Verwandlungen Nickelbasierte Katalysatoren beseitigen Treibhausgas

03.12.2024 Quelle: Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft 1 min Lesedauer

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Eine aktuelle Studie will demonstrieren, wie man einzelne Atome nutzt, um CO₂ in andere chemische Ressourcen umwandeln kann.

Nickel kann als Komponenten in Katalysatoren verwendet werden. Mit diesen ist man in der Lage, CO2 in CO umzuwandeln. Der Ablauf dieser Reaktionen wird jetzt besser verstanden, wie es heißt. Das eröffnet neue Möglichkeiten ...(Bild: Metalfanatic) — Nickel kann als Komponenten in Katalysatoren verwendet werden. Mit diesen ist man in der Lage, CO2 in CO umzuwandeln. Der Ablauf dieser Reaktionen wird jetzt besser verstanden, wie es heißt. Das eröffnet neue Möglichkeiten ...
(Bild: Metalfanatic)

Eine Studie, veröffentlicht in den Physical Review Letters von der Abteilung Interface Science am Fritz-Haber-Institut, hat neue Erkenntnisse über die elektrokatalytische Reduktion von CO₂ mit nickelbasierten Katalysatoren enthüllt. Nickel- und stickstoff-co-dotierte Kohlenstoffkatalysatoren (Ni-N-C) haben, wie es weiter heißt, außergewöhnliche Leistungen bei der Umwandlung von CO₂ in CO, einem wertvollen chemischen Rohstoff, gezeigt. Der genaue Wirkmechanismus dieser Katalysatoren blieb jedoch bis jetzt unklar. Doch nun habe man mehr Durchblick.

Detaillierte Einblicke in das Reaktionsgeschehen

Die Experten nutzte dazu Techniken wie die Operando-Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) und Valenz-zu-Kern-Röntgenemissionsspektroskopie (vtc-XES), um die Katalysatoren in Aktion zu beobachten. Diese Methoden, kombiniert mit maschinellem Lernen (ML) und der Dichtefunktionaltheorie, ermöglichten es dem Team, die lokale atomare und elektronische Struktur der Katalysatoren in bisher nicht erreichbarer Detailgenauigkeit zu kartieren. Diese Arbeit illustriert die Kraft eines multi-technischen Operando-Charakterisierungsansatzes, in Kombination mit ML nebst Modellierung, um tiefgehendere mechanistische Einblicke zu gewinnen. Denn zu verstehen, wie nickelbasierte Katalysatoren auf atomarer Ebene mit Kohlendioxid interagieren, sei entscheidend für deren rationaleres Design, um die Effizienz und Selektivität zu verbessern. Die nun vorliegende Studie wird als eine Art Hightech-Kamera bezeichnet, die genau zeigt, wie sich die Substanzen mischen und verändern, sodass man das Rezept (und/oder die Prozessbedingungen) während der Reaktion für die besten Ergebnisse anpassen kann.

Das bedeutet der Durchbruch für die Zukunft

Diese Studie verbessert nicht nur das Verständnis von nickelbasierten Katalysatoren, sondern ebnet auch den Weg für zukünftige Fortschritte in CO₂-Reduktionsverfahren. Indem sie ein detailliertes Bild davon liefert, wie diese Katalysatoren funktionieren, eröffnet die Forschung neue Möglichkeiten für die Entwicklung noch effizienterer Systeme zur Umwandlung von Kohlendioxid in wertvolle Produkte.

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Stand: 08.12.2025

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