Neues Einsatzfeld für Kupfer: Chemische Reaktionen mit Licht

Günstiger Photokatalysator entwickelt

04.06.2012 - Deutschland

Chemiker der Universität Regensburg weisen nach, dass sich Katalysatoren auf Kupferbasis für chemische Reaktionen mit sichtbarem Licht eignen. Das neue Verfahren ist damit bei weitem kostengünstiger als herkömmliche Methoden, die auf Ruthenium- oder Iridiumverbindungen zurückgreifen. Zudem fallen bei den untersuchten Reaktionen keine Abfallprodukte an. Der Einsatz für industrielle Anwendungen im großen Maßstab ist möglich.

Licht ist die ultimative erneuerbare Ressource: Überall auf der Welt ist es als saubere Energieform und zum Nulltarif verfügbar. In den letzten Jahren wurde zudem eine ganze Reihe von neuen chemischen Reaktionen entdeckt, die durch sichtbares Licht ermöglich werden. Einige sind für die Herstellung von Medikamenten, Kunststoffen, oder für die Energiespeicherung von großem Interesse. Allerdings sind sogenannte Photokatalysatoren notwendig, um die Reaktionen in Gang zu bringen. Weltweit werden vor allem Ruthenium- oder Iridiumverbindungen verwendet, die dafür ideale Eigenschaften aufweisen. Allerdings sind diese Metalle sehr selten und damit teuer: Ruthenium ist vergleichbar mit Gold, Iridium kommt auf der Erde sogar etwa 300 Mal seltener vor.

Regensburger Chemiker des Graduiertenkollegs „Chemische Photokatalyse“ konnten nun in Versuchen nachweisen, dass sich auch Katalysatoren auf Kupferbasis für chemische Reaktionen mit sichtbarem Licht eignen. Das weiche Metall ist 50.000-fach häufiger als Ruthenium und millionenfach häufiger als Iridium. Die Forscher um Prof. Dr. Oliver Reiser vom Institut für Organische Chemie der Universität Regensburg fanden heraus, dass sich die Kombination von Kupferkatalysator und sichtbarem Licht gerade zum Aufbau von komplexen – und für die Industrie besonders wichtigen – Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbindungen eignen, ohne dass dabei Abfallprodukte entstehen. Solche Reaktionen sind aus ökologischen und ökonomischen Gründen von großer Bedeutung und werden von Chemikern gern als „Dream Reactions“ bezeichnet. Der von der Arbeitsgruppe um Reiser eingesetzte Kupferkatalysator (ein Kupfer-Phenanthrolinkomplex) ist dabei auch in äußerst geringen Mengen aktiv: Pro Katalysatormolekül können mehr als 300 Produktmoleküle erzeugt werden.

Kupfer findet bislang vor allem in der Elektrotechnik aufgrund seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit Verwendung. Aber auch zur Herstellung von Geldmünzen oder als Bestandteil von Legierungen wie Messing und Bronze ist es ein geschätztes Material. Die Ergebnisse der Regensburger Forscher zeigen jetzt mit der chemischen Photokatalyse ein weiteres Einsatzgebiet von Kupfer auf, das auch für industrielle Anwendungen im großen Maßstab erfolgversprechend ist.

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