Producerer grafen fra kuldioxid

Den brede offentlighed kender den kemiske forbindelse af kuldioxid som en drivhusgas i atmosfæren og på grund af dens globale opvarmningseffekt. Imidlertid, kuldioxid kan også være et nyttigt råmateriale til kemiske reaktioner. En arbejdsgruppe ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har nu rapporteret om denne usædvanlige anvendelse i ChemSusChem tidsskrift. De bruger kuldioxid som råstof til fremstilling af grafen, et teknologisk materiale, som i øjeblikket er genstand for intens undersøgelse.

Forbrænding af fossile brændstoffer som kul og olie producerer energi til elektricitet, varme og mobilitet, men det fører også til en stigning i mængden af ​​kuldioxid i atmosfæren og derfor til global opvarmning. Afbrydelse af denne årsagskæde er det, der motiverer forskere til at søge efter alternative energikilder, men også efter alternative anvendelser af kuldioxid. En mulighed kunne være at se kuldioxid som et billigt råmateriale til syntese af værdifulde materialer, foder den tilbage til genanvendelsescyklussen - måske endda på en rentabel måde.

Et eksempel kan findes i naturen. Under fotosyntese i plantens blade, kombinationen af ​​lys, vand og kuldioxid skaber biomasse, lukker den naturlige materialecyklus. I denne proces, det er det metalbaserede enzym RuBisCos opgave at absorbere kuldioxiden fra luften og gøre den anvendelig til de yderligere kemiske reaktioner i planten. Inspireret af denne metalenzymbaserede naturlige omdannelse, forskere ved KIT præsenterer nu en proces, hvor drivhusgassen kuldioxid sammen med hydrogengas omdannes direkte til grafen ved temperaturer på op til 1000 grader Celsius ved hjælp af specielt fremstillet, katalytisk aktive metaloverflader.

Graphen er den todimensionale form af det kemiske element carbon, som har interessante elektriske egenskaber og derfor er en mulighed for nye fremtidige elektroniske komponenter. Dets opdagelse og brugbarhed i 2004 førte til verdensomspændende, intensiv forskning og tjente opdagerne, Andre Geim og Konstanin Novoselov, Nobelprisen for fysik i 2010. De to fjernede grafen manuelt fra en blok grafit ved hjælp af tape.

Flere arbejdsgrupper på KIT har samarbejdet om at præsentere en metode i tidsskriftet ChemSusChem til adskillelse af grafen fra kuldioxid og brint ved hjælp af en metalkatalysator. "Hvis metaloverfladen udviser det korrekte forhold mellem kobber og palladium, omdannelsen af ​​kuldioxid til grafen vil finde sted direkte i en enkel et-trins proces, "forklarer studielederen, Professor Mario Ruben, fra Molekulare Materialien -arbejdsgruppen ved Institut for Nanoteknologi (INT) og Institut for Uorganisk Kemi (AOC) på KIT. I yderligere forsøg var forskerne endda i stand til at producere grafen i flere lag tykke, som kunne være interessant for mulige anvendelser i batterier, elektroniske komponenter eller filtermaterialer. Arbejdsgruppens næste forskningsmål er at danne fungerende elektroniske komponenter ud fra den således opnåede grafen. Kulstofmaterialer som grafen og magnetiske molekyler kan være byggestenene til fremtidige kvantecomputere, som muliggør ultrahurtige og energieffektive beregninger, men ikke er baseret på den binære logik i nutidens computere.