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Fortschritte in der Lasertechnologie eröffnen neue Perspektiven für saubereren Kraftstoff und saubere Energie

UMGEBUNGFortschritte in der Lasertechnologie eröffnen neue Perspektiven für saubereren Kraftstoff und saubere Energie

Wissenschaftler haben eine Lasertechnologie entwickelt, die in Zukunft Wege für saubere Kraftstoff- und Energietechnologien eröffnen könnte.

Wir brauchen dringend umweltfreundliche und nachhaltige Wege, um fossile Brennstoffe, Öl und Erdgas zu ersetzen. Kohlendioxid (CO2) ist ein reichlich vorhandenes Abfallprodukt, das bei allen Aktivitäten und Quellen entsteht, die auf fossilen Brennstoffen angewiesen sind. Etwa 35 Milliarden Tonnen Kohlendioxid werden jährlich als Abfallprodukt aus Kraftwerken, Fahrzeugen und Industrieanlagen auf der ganzen Welt in die Atmosphäre unseres Planeten freigesetzt. Um die Auswirkungen von CO2 auf das Weltklima zu mildern, könnte dieses verschwendete CO2 eher in nutzbares umgewandelt werden neue Energie wie Kohlenmonoxid und andere energiereiche Quellen. Beispielsweise entsteht bei der Reaktion mit Wasser CO2 energiereiches Wasserstoffgas, bei der Reaktion mit Wasserstoff entstehen nützliche Chemikalien wie Kohlenwasserstoffe oder Alkohol. Solche Produkte könnten für verschiedene Zwecke eingesetzt werden und das auch im weltweiten industriellen Maßstab.

Elektrokatalysatoren sind Katalysatoren, die an elektrochemischen Reaktionen teilnehmen – wenn eine chemische Reaktion stattfindet, aber auch elektrische Energie beteiligt ist. Beispielsweise kann der richtige Katalysator dabei helfen, Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert zu Wasser umzusetzen, sonst handelt es sich nur um ein zufälliges Gemisch zweier Gase. Oder sogar Strom zu erzeugen, indem man Wasserstoff und Sauerstoff verbrennt. Elektrokatalysatoren modifizieren oder erhöhen die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen, ohne selbst in der Reaktion verbraucht zu werden. Im Zusammenhang mit CO2 werden Elektrokatalysatoren als relevant und vielversprechend angesehen, um einen gewünschten Effizienzsprung bei der Reduzierung von CO2 zu erreichen.

Leider ist der genaue Wirkmechanismus dieser Elektrokatalysatoren noch nicht vollständig verstanden und es bleibt eine große Herausforderung, zwischen Schichten kurzlebiger Zwischenmoleküle mit dem „Rauschen“ inaktiver Moleküle in der Lösung zu unterscheiden. Dieses begrenzte Verständnis des Mechanismus erschwert jede mögliche Änderung des Designs von Elektrokatalysatoren.

Wissenschaftler der Liverpool University UK haben gezeigt, dass laser-basierte Spektroskopietechnik zur elektrochemischen Reduktion von Kohlendioxid in-situ in ihrer Studie veröffentlicht in Naturkatalyse. Sie nutzten zum ersten Mal Schwingungssummen-Frequenz-Generierung oder VSFG-Spektroskopie zusammen mit elektrochemischen Experimenten, um einen Katalysator (Mn(bpy)(CO)3Br) zu erforschen, der als vielversprechender Elektrokatalysator für die CO2-Reduktion gilt. Erstmals wurde das Verhalten von entscheidenden Intermediären beobachtet, die sehr kurz im Katalysezyklus einer Reaktion anwesend sind. Die VSFG-Technologie ermöglicht es, das Verhalten und die Bewegung selbst extrem kurzlebiger Spezies in einem Katalysezyklus zu verfolgen und hilft uns daher, die Funktionsweise von Elektrokatalysatoren zu verstehen. Somit ist das genaue Verhalten von Elektrokatalysatoren in einer chemischen Reaktion verstanden.

Diese Studie bietet Einblicke in einige der komplexen chemischen Reaktionswege und kann uns ermöglichen, neue Designs für Elektrokatalysatoren zu entwickeln. Forscher untersuchen bereits, wie die Empfindlichkeit dieser Technik verbessert werden kann und entwickeln ein neues Detektionssystem für ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis. Dieser Ansatz könnte dazu beitragen, Wege für eine effiziente sauberer Kraftstoff und sammle mehr Potenzial für saubere Energie. Ein solches Verfahren muss schließlich industriell skaliert werden, um auf kommerzieller Ebene mehr Effizienz zu erzielen. Der Umgang mit großen CO2-Mengen, die aus Kraftwerken zur Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt werden, erfordert industriellen Fortschritt.

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{Sie können das ursprüngliche Forschungspapier lesen, indem Sie auf den unten angegebenen DOI-Link in der Liste der zitierten Quellen klicken}

Quelle (n)

Neri G et al. 2018. Nachweis von katalytischen Zwischenprodukten an einer Elektrodenoberfläche während der Kohlendioxidreduktion durch einen erdreichen Katalysator. Naturkatalysehttps://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533

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