Graphen aus Kohlendioxid

Die Verbrennung fossiler Energieträger führt zum Anstieg der Kohlen­dioxid­menge in der Atmosphäre und damit zur Klima­erwärmung. Diese Kausal­kette zu durch­trennen, motiviert Wissen­schaftler alternative Energie­träger zu suchen, aber auch alternative Nutzungs­formen für Kohlen­dioxid. Eine Möglichkeit könnte sein, das Kohlen­dioxid als günstigen Ausgangs­stoff für die Synthese von Wert­stoffen zu sehen und somit in den wirt­schaftlichen Verwertungs­kreislauf – unter Umständen sogar gewinn­bringend – wieder­einzu­führen.

Ein Vorbild dafür findet sich in der Natur: Bei der Photosynthese entsteht aus Licht, Wasser und Kohlen­dioxid wieder Biomasse und der natürliche Stoff­kreis­lauf ist geschlossen. In dem Prozess ist es die Aufgabe eines metall­basierten Enzyms, das Kohlen­dioxid aus der Luft aufzu­nehmen und für die weiteren chemischen Reaktionen in der Pflanze nutzbar zu machen. Von dieser metall­enzym­basierten natürlichen Umwandlung inspiriert stellen Forscher des Karlsruher Instituts für Techno­logie jetzt einen Prozess vor, in dem Kohlen­dioxid zusammen mit Wasser­stoff mit Hilfe von speziell präparierten, katalytisch aktiven Metall­ober­flächen bei Temperaturen bis zu tausend Grad Celsius direkt in Graphen über­führt wird.

„Wenn die Metalloberfläche das richtige Verhältnis von Kupfer und Palladium aufweist, findet die Umwandlung von Kohlen­dioxid zu Graphen direkt in einem einfachen einstufigen Prozess statt“, erklärt Mario Ruben vom KIT. In weiteren Experi­menten gelang es den Forschern sogar, das Graphen mit mehreren Schichten Dicke herzu­stellen, wie es für mögliche Anwendungen in Batterien, elektro­nischen Bauteilen oder Filter­materialien interessant sein könnte. Das nächste Forschungs­ziel der Arbeits­gruppe ist es nun, aus dem gewonnen Graphen funktio­nierende elektro­nische Bauteile zu formen.

KIT / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  C. Molina-Jirón et al.: Direct Conversion of CO2 to Multi‐Layer Graphene using Cu–Pd Alloys, ChemSusChem, online 11. Juni 2019; DOI: 10.1002/cssc.201901404
• Molekulare Materialien (M. Rubens) , Institut für Nanotechnologie, Karlsruher Institut für Technologie