Maßgeschneiderte Kaskadenreaktionen

Die elektrochemische Umwandlung von CO₂ oder Stickoxiden in nützliche oder ungiftige Folgeprodukte beruht auf einer komplexen Reihe von Reaktionen. Manche davon benötigen mehr Energie, andere weniger. Die Chemie entscheidet sich immer für den energetisch günstigsten Weg. Daher läuft die Reaktionskette nicht nach Wunsch ab, und es entstehen unterschiedlichste Produkte, nicht nur das, welches man gerne hätte.

Abhilfe sollen spezielle mit Katalysatoren modifizierte Elektroden schaffen, die Wolfgang Schuhmann in seinem ERC Grant designen will. Sie beruhen auf einem leitfähigen Vlies, das einseitig teflonbeschichtet und somit nicht wasserdurchlässig, aber gasdurchlässig ist. Eingebettet in das Vlies sind verschiedene Katalysatorpartikel. Während von der wasserdichten Seite her das Gas in das Vlies gelangt, wird es von der anderen Seite befeuchtet. So entsteht im Vlies ein Ort, an dem alle drei Bestandteile – Gas, Flüssigphase und Katalysator – miteinander in Kontakt treten.

Durch eine definierte relative Orientierung der verschiedenen Katalysatorpartikel in diesen sogenannten Gasdiffusionselektroden sollen nur die gewünschten Reaktionen in der gewünschten Reihenfolge stattfinden, sodass schließlich das gewünschte Produkt entsteht, zum Beispiel unschädlicher Stickstoff aus Stickoxid. Alle möglichen Seitenpfade unerwünschter Reaktionen sollen damit unterbunden werden.

Ziel des ERC-Projekts ist es, das Design kooperierender Katalysatoren für selektive Kaskadenreaktionen zu verstehen und ihre Funktion zu demonstrieren. Im Zentrum der Forschung steht die Herstellung von Basischemikalien durch CO₂-Reduktion und die Luftreinigung von Stickoxiden. Das Projekt startet 2019.

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