15.10.2019 - Kyoto University

Neues Material fängt Kohlendioxid ab

Abgeschiedenes CO2 kann in nützliche organische Materialien umgewandelt werden

Ein neues Material, das Kohlendioxid (CO2)-Moleküle selektiv abtrennen und effizient in nützliche organische Materialien umwandeln kann, wurde von Forschern der Kyoto University zusammen mit Kollegen der University of Tokyo und der Jiangsu Normal University in China entwickelt. Sie beschreiben das Material in der Zeitschrift Nature Communications.

Der menschliche Verbrauch fossiler Brennstoffe hat zu einem Anstieg der globalen CO2-Emissionen geführt, was zu ernsthaften Problemen im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung und dem Klimawandel führt. Eine Möglichkeit, dem entgegenzuwirken, besteht darin, Kohlenstoff aus der Atmosphäre abzuscheiden und zu binden, aber die derzeitigen Methoden sind sehr energieintensiv. Die geringe Reaktivität von CO2 erschwert die Abscheidung und effiziente Umwandlung.

"Wir haben erfolgreich ein poröses Material entwickelt, das eine hohe Affinität zu CO2-Molekülen hat und es schnell und effektiv in nützliche organische Materialien umwandeln kann", sagt Ken-ichi Otake, Materialchemiker der Kyoto University vom Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS).

Das Material ist ein poröses Koordinationspolymer (porous coordination polymer (PCP), auch bekannt als MOF; metall-organisches Gerüst), ein Gerüst aus Zinkmetallionen. Die Forscher testeten ihr Material mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse und fanden heraus, dass es selektiv nur CO2-Moleküle mit einer zehnfach höheren Effizienz als andere PCPs einfangen kann.

Das Material weist eine organische Komponente mit einer propellerartigen Molekularstruktur auf, und wenn sich CO2-Moleküle der Struktur nähern, drehen und umlagern sie sich, um das Einfangen von CO2 zu ermöglichen, was zu leichten Veränderungen der Molekülkanäle innerhalb des PCP führt - so kann es als Molekularsieb fungieren, das Moleküle an Größe und Form erkennen kann. Der PCP ist ebenfalls recycelbar; der Wirkungsgrad des Katalysators ist auch nach 10 Reaktionszyklen nicht gesunken.

"Einer der umweltfreundlichsten Ansätze zur CO2-Abscheidung ist das Recycling des Kohlendioxids in hochwertige Chemikalien, wie z.B. zyklische Karbonate, die in der Petrochemie und Pharmazie eingesetzt werden können", sagt Susumu Kitagawa, Materialchemikerin an der Universität Kyoto.

Nach dem Abscheiden des Kohlenstoffs kann das verarbeitete Material zu Polyurethan verarbeitet werden, einem Material mit einer Vielzahl von Anwendungen wie Kleidung, Haushaltsgeräten und Verpackungen.

Diese Arbeit verdeutlicht das Potenzial poröser Koordinationspolymere für das Einfangen von Kohlendioxid und die Umwandlung in nützliche Materialien und eröffnet einen Weg für die zukünftige Forschung an CO2-Abscheidungsmaterialien.

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