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Graphen aus Kohlendioxid

Metallkatalysator überführt CO2-Gas in begehrtes "Wundermaterial"

CO2 zu Graphen
CO2 (rot-schwarz) und Wasserstoff (grau) reagieren auf einer Kupfer-Palladium-Oberfläche katalytisch zum Technologiematerial Graphen (schwarz). © E. Moreno-Pineda/ KIT

Doppelter Nutzen: Forscher haben eine Methode entwickelt, durch die Kohlendioxid in das begehrte Wundermaterial Graphen umgewandelt werden kann. Entscheidend dafür ist ein Katalysator aus Kupfer und Palladium, der die einschrittige Reaktion des CO2 zum Kohlenstoffnetz fördert. Diese Methode könnte dazu beitragen, das Treibhausgas CO2 künftig chemisch zu nutzen, statt es ungenutzt freizusetzen.

Weltweit suchen Forscher zurzeit nach Methoden, mit denen sich das CO2 in Treibstoffe, Chemikalien-Rohstoffe oder andere nützliche Verbindungen umwandeln lässt. So scheidet eine Züricher Testanlage bereits CO2 und Wasser aus der Luft ab und wandelt es in Synthesegas um, schwarzes Nanogold könnte Methan aus CO2 produzieren und auch eine Bindung des Treibhausgases in Gestein oder die Umwandlung in Kohlenstoff wurden schon getestet.

Metalloberfläche als Katalysator

Eine weitere Umwandlungsmethode haben nun Concepcion Molina‐Jiron vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und ihre Kollegen entwickelt. Sie nutzen CO2 als Ausgangstoff, um Graphen herzustellen. Dieses dünne Netz aus Kohlenstoffatomen ist härter als Stahl und besitzt besondere elektrische Eigenschaften – es kann zum Supraleiter werden, aber auch leistungsfähige Akkus ermöglichen. Bisher wird Graphen meist aus Graphit gewonnen, aber auch eine Abscheidung von Kohlenstoff auf Trägermaterialien ist möglich.

Für die Herstellung von Graphen aus CO2 nutzen die Forscher eine Metalloberfläche aus Kupfer und Palladium als Katalysator. „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. Nötig sind für dieses Aufdampfen von Graphen nur CO2, Wasserstoff und hohe Temperaturen von bis zu 1.000 Grad.

Auch mehrschichtiges Graphen möglich

In weiteren Experimenten gelang es den Forschern bereits, auch 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 gewonnenen Graphen funktionierende elektronische Bauteile zu formen. (ChemSusChem, 2019; doi: 10.1002/cssc.201901404)

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Quelle: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

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