de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der Universität Bayreuth hat gemeinsam mit internationalen Partnern eine neue Methode entwickelt, die Kohlendioxid (CO₂) als Sauerstoffquelle für Oxidationsreaktionen nutzt und den Prozess dadurch sicherer und nachhaltiger macht. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.
Oxidationsreaktionen sind unverzichtbare Teilprozesse in der chemischen Industrie, gehören aber auch zu den risikoreichsten Umwandlungen. Durch Oxidation werden industriell Wirkstoffe und Kunststoffvorläufer hergestellt, und alltägliche Materialien wie Farben und Lacke härten durch Oxidation aus. Viele Oxidationsreaktionen sind jedoch stark exotherm und können leicht zu einem „thermischen Durchgehen“ führen – einer unkontrollierten Beschleunigung der Reaktion, die Brände oder Explosionen verursacht. Besonders hoch ist die Explosionsgefahr bei der Verwendung von Sauerstoff als Oxidationsmittel; andere Oxidationsmittel sind aufgrund ihrer chemischen Aggressivität schwer zu kontrollieren.
„Wir haben eine neue Methode entwickelt, die Kohlendioxid als Sauerstoffquelle für Oxidationsreaktionen nutzt. Dieser Ansatz verwandelt CO₂ von einem inerten Treibhausgas in ein wertvolles Synthesereagenz“, sagt Dr. Shoubhik Das, Inhaber des Lehrstuhls für Organische Chemie I an der Universität Bayreuth und leitender Autor der Studie. Das Forschungsteam demonstrierte erstmals ein lichtgetriebenes Sauerstofftransfersystem, das unter Umgebungsbedingungen direkt CO₂ für die oxidative Spaltung von Alkenen nutzt – Alkene sind Ausgangsstoffe für zahlreiche Kunststoffe. Die Reaktion verwendet einen robusten eisenbasierten heterogenen Photokatalysator und läuft bei Raumtemperatur und Normaldruck ab, ohne den Einsatz gefährlicher Oxidationsmittel oder Druck-Sauerstoff, was sie sicherer macht als herkömmliche Oxidationen. Die Reaktion wird durch Licht angetrieben, was zudem energetische Vorteile bringt.
Das erklärt: „Neben der Etablierung einer neuen Reaktion eröffnet unsere Methode neue Wege für Oxidationsprozesse, die den Anforderungen an industrielle Sicherheit, Nachhaltigkeit und umweltfreundliche Produktion gerecht werden. Diese Forschung trägt dazu bei, bei der Entwicklung grundlegender chemischer Umwandlungen Sicherheit, Nachhaltigkeit und ökologische Verantwortung gleichermaßen zu berücksichtigen.“
Die Studie ist das Ergebnis einer internationalen Zusammenarbeit zwischen der Universität Bayreuth, dem Leibniz-Institut für Katalyse, dem CNR-Institut für Chemie metallorganischer Verbindungen (CNR Institute of Chemistry of Organometallic Compounds), dem CNR-Institut für chemische und physikalische Prozesse (CNR Institute for Chemical and Physical Processes), der Universität Stockholm (Stockholm University), der Jagiellonen-Universität (Jagiellonian University), dem Staatlichen Schlüssellabor für Niedrigtemperatur-Katalyse und Kohlendioxid-Nutzung (State Key Laboratory of Low Carbon Catalysis and Carbon Dioxide Utilisation) sowie der Polytechnischen Universität Mailand (Politecnico di Milano). Die Arbeit wurde durch die DTU (2035-00147B) und Anschubfinanzierung der Universität Bayreuth gefördert.
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