Wissenschaftler aus Japan und Indien entwickeln Katalysator, der Nebenprodukte bei der Umwandlung von CO2 in Methanol auf unter 11 % reduziert

de.wedoany.com-Bericht: Wissenschaftler der Tohoku-Universität (Japan) und des Indian Institute of Technology Indore (Indien) haben gemeinsam einen Kupfer-Nanocluster-Katalysator entwickelt, der Kohlendioxid in Methanol umwandelt und gleichzeitig das unerwünschte Nebenprodukt Formiat deutlich reduziert. Die Studie ermöglicht die Umwandlung von Kohlendioxid in einen wertvollen Brennstoff unter milden Bedingungen.

Das Forschungsteam synthetisierte einen sulfid-templatierten Kupfer-Nanocluster (S@Cu50S12(StBu)20(CF3COO)12) mit einer präzise kontrollierbaren Kern-Schale-Struktur: Der Kern besteht aus S@Cu14S12, umhüllt von einer Cu36(StBu)20-Schale und geschützt durch Thiolat-Liganden. Durch die Anpassung des Verhältnisses der Oxidationsstufen Cu(I) und Cu(II) veränderte das Team den Produktpfad der elektrochemischen Reaktion, ohne die Gesamtgeometrie des Katalysators zu verändern. Im Vergleich zu herkömmlichen Kupferkatalysatoren senkte dieser neuartige Nanocluster bei -1,0 V (gegenüber der reversiblen Wasserstoffelektrode RHE) die Faraday-Effizienz von Formiat von etwa 38 % auf unter 11 %, während die Faraday-Effizienz für Methanol etwa 19 % erreichte – der alte Katalysator erzeugte überhaupt kein Methanol.

Das Team wies darauf hin, dass eine subtile Regulierung des Cu(I)/Cu(II)-Gleichgewichts den Reaktionspfad grundlegend umlenken kann, was eine molekulare Strategie zur Überwindung der inhärenten Selektivitätsbeschränkungen in der Katalyse mit Kupfer-Nanoclustern bietet. Die Zugabe von Schwefelionen in das Zentrum des Nanoclusters verändert dessen elektronische Struktur und beeinflusst die Wechselwirkung der Reaktionszwischenprodukte mit der Katalysatoroberfläche. Dr. Yuichi Negishi, außerordentlicher Professor an der Tohoku-Universität, fasste zusammen, dass diese Studie erstmals eindeutig belege, dass die präzise Steuerung der Kupferwertigkeit in Kupfer-Nanoclustern die Selektivität des Kohlendioxid-Reduktionspfades direkt beeinflussen könne.

Die Studie wurde in der Open-Access-Zeitschrift „JACS Au" veröffentlicht.