Neue formwandelnde Katalysatoren für die Energiewende
Neue Perspektiven für effiziente Prozesse in der chemischen Industrie
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Forschende der Arbeitsgruppe Anorganische Chemie – Funktionskeramik der Universität Koblenz haben einen innovativen Ansatz zur Entwicklung nachhaltiger und leistungsfähiger Katalysatoren vorgestellt. Diese Katalysatoren können sich dynamisch an unterschiedliche chemische Reaktionsbedingungen anpassen. Die Forschungsergebnisse, die in der wissenschaftlichen Open-Access-Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurden, eröffnen neue Perspektiven für effiziente Prozesse in der chemischen Industrie – insbesondere im Kontext der Energiewende.
Im Mittelpunkt der Studie stehen sogenannte formwandelnde bimetallische Eisen-Nickel-Katalysatoren. Diese wurden mithilfe von Festkörperreaktionen aus einer keramischen Struktur erzeugt. Durch gezielte Steuerung der Reduktionstemperatur konnten zwei unterschiedliche Nanostrukturen hergestellt werden: entweder legierte Eisen-Nickel-Nanopartikel oder komplexe Kern-Schale-Strukturen aus Oxid und Legierung.
Ein besonderer Vorteil des entwickelten Systems ist seine Reversibilität: Durch oxidative Regeneration lässt sich die ursprüngliche Keramik wiederherstellen, wodurch ein wiederholter Wechsel zwischen den verschiedenen Nanostrukturen möglich wird. Diese strukturelle Anpassungsfähigkeit führt dazu, dass der Katalysator gezielt zwischen zwei wichtigen Reaktionswegen umschalten kann: der trockenen Reformierung von Ethan mit Kohlendioxid sowie der CO₂-unterstützten oxidativen Dehydrierung von Ethan. Beide Reaktionen tragen dazu bei, Treibhausgasemissionen zu reduzieren, indem Kohlendioxid als Rohstoff genutzt wird, und ermöglichen gleichzeitig die Herstellung wertvoller chemischer Grundstoffe.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich katalytische Eigenschaften gezielt steuern lassen, indem man die Struktur des Materials dynamisch verändert“, erklärt Prof. Dr. Simone Mascotto, Leiter der Arbeitsgruppe. „Dies ermöglicht nicht nur eine hohe Selektivität, sondern auch eine bemerkenswerte Stabilität über viele Reaktionszyklen hinweg.“
Die wiederholten Redox-Zyklen bestätigten, dass sowohl die strukturellen Veränderungen als auch die katalytische Leistung weitgehend reversibel sind. Damit stellt diese Strategie einen vielversprechenden Ansatz für die Entwicklung regenerierbarer, multifunktionaler Katalysatoren dar, die sich flexibel an industrielle Anforderungen anpassen lassen.
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