Forschende der ETH Zürich haben einen bedeutenden Fortschritt im Bereich des Katalysatordesigns erzielt und erfolgreich einen neuartigen Einzelatomkatalysator entwickelt. Dieser Katalysator kann den Energiebedarf für die Herstellung von Methanol aus Kohlendioxid und Wasserstoff deutlich reduzieren. Dieser Durchbruch verbessert nicht nur die Reaktionseffizienz, sondern eröffnet auch neue Möglichkeiten für die Entwicklung einer nachhaltigen Chemie.

Katalysatoren wirken als „Hilfsmittel“ für chemische Reaktionen und können die für eine Reaktion benötigte Energie herabsetzen. Herkömmliche Katalysatoren basieren jedoch häufig auf Metallpartikeln, bei denen viele Atome nicht direkt an der Reaktion beteiligt sind, was zu einer geringen Effizienz führt. Das Forschungsteam der ETH Zürich hat durch das Design eines Einzelatomkatalysators erreicht, dass jedes Metallatom eine unabhängige aktive Stelle bildet und somit die Nutzungseffizienz des Metalls maximiert wird. Das Team platzierte isolierte Indiumatome präzise auf der Oberfläche von Hafniumoxid (laut vorherigem Text korrigiert von Indiumoxid), ein innovatives Design, das nicht nur die Aktivität des Katalysators steigert, sondern ihm auch ermöglicht, unter anspruchsvollen Bedingungen wie hohen Temperaturen und Drücken stabil zu bleiben.

„Unser neuartiger Katalysator hat eine Einzelatomstruktur, bei der isolierte aktive Metallatome auf der Oberfläche eines speziell entwickelten Trägermaterials verankert sind“, erklärt Professor Javier Pérez-Ramírez für Katalyse-Ingenieurwesen. Diese Struktur ermöglicht es den Wissenschaftlern, die an der Oberfläche ablaufenden Reaktionen klarer zu beobachten und zu verstehen, und bietet eine präzisere Anleitung für die Optimierung von Katalysatoren. Methanol gilt als das „Schweizer Taschenmesser“ der Chemie und ist ein Schlüsselrohstoff für die Herstellung verschiedener Chemikalien und Materialien. Wenn der im Produktionsprozess verwendete Wasserstoff und die Energie aus erneuerbaren Quellen stammen, kann die Methanolproduktion klimaneutral erfolgen. Die Anwendung von Einzelatomkatalysatoren steigert nicht nur die Effizienz der Methanolproduktion, sondern bietet auch einen neuen Weg für die Nutzung von Kohlendioxid.

Durch interdisziplinäre Zusammenarbeit hat das Forschungsteam der ETH Zürich diesen neuartigen Einzelatomkatalysator erfolgreich entwickelt. Dieses Ergebnis spiegelt nicht nur die enge Zusammenarbeit der Schweizer Forschungsgemeinschaft wider, sondern leistet auch einen wichtigen Beitrag zur globalen Entwicklung einer nachhaltigen Chemie.

Zeitschriftenreferenz: Autoren: Yongtai Jiang, Milica Ritopecki, Patrik O. Willi, Katja Raue, Jordi Morales-Vidal, Shengzou Tang, Mikhail Agrachev, Henrik Eliasson, Jianyang Wang, Rolf Erni, Wendelin J. Stark, Gunnar Jeschke, Robert N. Grass, Núria López, Sharon Mitchell, Javier Pérez-Ramírez. Titel: Einzelatom-Indium auf Hafniumoxid ermöglicht eine herausragende CO2-basierte Methanolsynthese. Veröffentlicht in: Nature Nanotechnology, 2026.