Das Projekt HY-CAT widmet sich der Suche nach besseren Katalysatoren, um eine CO2-Kreislaufwirtschaft voranzutreiben
Die derzeitige Abhängigkeit der Welt von fossilen Brennstoffen macht es erforderlich, das von der menschlichen Zivilisation produzierte CO2 abzuscheiden und zu speichern, um inakzeptabel hohe CO2-Werte in der Erdatmosphäre zu verhindern. Allerdings sind der Speicherung von CO2 auch Grenzen gesetzt. Wie wäre es, wenn überschüssiges CO2 stattdessen in nützliche Chemikalien umgewandelt werden könnte und so quasi eine CO2-Kreislaufwirtschaft entstünde? Das HY-CAT-Forschungsteam (Multifunctional Hybrid Platforms based on Colloidal Nanocrystals to Advance CO2 Conversion Studies) an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne arbeitet an der Synthese von Hybridmaterialien, die aus atomar gut definierten CO2-Sorbentien, also dünnen, porösen Schichten der so genannten metallorganischen Gerüstverbindungen, und nanokristallinen Katalysatoren bestehen, die eng in einem einzigen integrierten System verbunden sind. Dabei verwendet es drei verschiedene Klassen von Hybriden, die jeweils durch einen spezifischen Absorptions-/Präaktivierungsmechanismus gekennzeichnet sind, um den Einfluss der Mechanismen auf die Katalysatoraktivität eingehend zu untersuchen. Ein solcher methodischer Ansatz ermöglicht es dem Team, Struktur und Aktivität zu vergleichen und die Konstruktionsprinzipien zu bestimmen, auf deren Grundlage bessere Katalysatoren hergestellt werden können. HY-CAT hat bereits einige bemerkenswerte Meilensteine erreicht. Dazu gehört das Verständnis der Synthese von hybriden Elektrokatalysatoren, einschließlich in metallorganischen Gerüstverbindungen eingebetteten Silbernanokristallen. Dabei fand das Team heraus, dass durch metallorganische Gerüstverbindungen die Nanopartikel selektiver und damit energetisch günstiger als Reaktionskanal für die CO2-Reduktion und stabiler gegenüber einer Aggregation während der Katalyse werden. Darüber hinaus entwickelte das Team erfolgreich einen Ansatz zur Bildung eines Kupfer-/Ceroxid-Systems (Cu/CeOx) und fand heraus, dass eine solche Kombination von Nanopartikeln auch Kupfer selektiver für die Umwandlung von CO2 in Methan macht. Mit Blick auf den kommerziellen Bereich hat HY-CAT auch eine hochmoderne elektrochemische Zelle entworfen und gebaut, die mit Gas statt mit wässrigen Elektrolyten gespeist wird. Dieses Gerät ermöglicht es, Katalysatoren unter kommerziell relevanten Bedingungen zu testen – ein entscheidender Schritt, um wirkliche Fortschritte in Richtung wahrer Nachhaltigkeit zu machen. HY-CAT wurde im Januar 2017 ins Leben gerufen und läuft bis Juni 2022.
Schlüsselbegriffe
HY-CAT, CO2, Katalysator, Methan, nanokristallin, Elektrokatalysatoren, Silber, Kupfer