Mit Hilfe der Elektrochemie zu mehr Nachhaltigkeit

BMBF fördert Nachwuchsgruppe am Düsseldorfer Max-Planck-Institut in Millionenhöhe

27.10.2011

Christian Nielinger

Die Raster-Durchflusszelle kann mikrometergenau elektrochemische Prozesse vollautomatisch ansteuern und untersuchen.

CO2 ist kein Abfallprodukt, sondern ein wertvoller chemischer Rohstoff. Man muss ihn nur zu nutzen wissen: Mit Hilfe von Katalysatoren kann Kohlendioxid z.B. zu Methanol reduziert werden, welches wiederum in Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC) Anwendung findet.

Effektive Katalysatoren sind für diese Reaktionen entscheidend und Dr. Karl Mayrhofer, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf (MPIE) will sie genauer unter die Lupe nehmen. Das Projekt „ECCO2 – Kombinatorische elektrokatalytische CO2-Reduktion“ wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BmBF) mit über 1 Millionen € unterstützt. In einem kompetetiven Verfahren setzte sich Mayrhofer gegen viele Mitbewerber durch und konnte sich so die Gelder für nun erst mal drei Jahre sichern. Das ist nicht viel Zeit für einen so ehrgeizigen Plan: in einem neuen Versuchsaufbau sollen die Zusammenhänge zwischen Aktivität, Selektivität und Stabilität verschiedener Katalysatoren untersucht werden. Damit viele Katalysatoren verschiedener Zusammensetzung möglichst schnell untersucht werden können, werden sogenannter Materialbibliotheken angelegt. Dafür werden zwei oder drei Metalle in Schichten unterschiedlicher Konzentrationen auf einen Träger gedampft. Einzelne Punkte dieser Metallkombinationen werden nacheinander mit einer speziellen elektrochemischen Zelle, welche am MPIE maßgeblich entwickelt wurde, abgerastert. In dieser Durchflusszelle befindet sich das Reaktionsmedium (Elektrolyt) und das CO2, welches mit einer Pumpe über den betreffenden Punkt der Materialbibliothek geleitet wird. So kann die Umsetzung des CO2 an jeder beliebig und mikrometergenau ansteuerbaren Katalysatorzusammensetzung stattfinden. Die Reaktionsprodukte werden über den Pumpmechanismus in die Analytik geleitet und dort sehr genau auf ihre Zusammensetzung untersucht. Höchst geringe Konzentrationen eines Stoffes können mit dieser ICP-MS (induktive gekoppeltes Plasma kombiniert mit Massenspektrometrie) nachgewiesen werden.

Diese einzigartige Kombination aus elektrochemischer Durchflusszelle und anschließender Analytik erlaubt es erstmals, nicht nur Aussagen über die Aktivität und Selektivität der Katalysatoren zu machen, sondern gleichzeitig auch über ihre Stabilität, da Katalysatorabbauprodukte ebenso detektiert werden können wie Reaktionsprodukte. „Das Ziel ist es, verbesserte Katalysatoren für die elektrochemische CO2 Reduktion herzustellen und ihre Effizienz in Prototypen zu prüfen, so dass der gesamte Prozess auch für die Industrie interessant wird“, sagt Mayrhofer. Der junge Österreicher ist seit 2010 am MPIE und leitet die Gruppe Elektrokatalyse mit momentan ca. 10 Mitarbeitern.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Elektrochemie
  • Kohlendioxid
  • Katalysatoren
Mehr über MPI für Eisenforschung
  • News

    Atomare Einblicke in die Elektrokatalyse

    Elektrokatalysatoren sind für viele industrielle Prozesse wichtig, da sie die Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie fördern und so dazu beitragen, überschüssige elektrische Energie aus erneuerbaren Energiequellen zu speichern. Wasserstoff wird für die Speicherung von chem ... mehr

    Nanoperlen für die Stahlschmiede

    Versetzungen können Leben retten. Denn die eindimensionalen Defekte in einem Metall spielen eine große Rolle, wenn sich das Material verformt. Etwa dann, wenn ein Autoblech in einem Unfall zerknautscht wird, dabei einen Großteil der Aufprallenergie abfängt und die Insassen hoffentlich vor V ... mehr

    Warum Dünnschichtsolarzellen aus Silizium altern

    Es ist sei langem bekannt - doch keiner weiß, warum Silizium altert und die Stromausbeute dünner, amorpher Siliziumschichten in den ersten tausend Betriebsstunden stetig sinkt. Im Verbundprojekt EPR-Solar haben sich deshalb Wissenschaftler aus fünf Instituten zusammengeschlossen, um diesem ... mehr

Mehr über Bundesministerium für Bildung und Forschung
Mehr über Max-Planck-Gesellschaft
  • News

    Aktivität von zwei Genen kann offene Tuberkulose vorhersagen

    Je enger der Kontakt zu Tuberkulosepatienten, umso leichter infizieren sich Menschen mit dem Erreger. Allerdings erkranken nur fünf bis zehn Prozent der Infizierten. Ein internationales Forscherteam mit Wissenschaftlern des Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin hat nun einen ... mehr

    Über die Artengrenze hinweg: Mäusezucht in der Petrischale

    Die Ursachen für Unterschiede zwischen den Arten ist ein großes Rätsel in der Biologie. Da Hybride aus Kreuzungen zweier Arten in der Regel steril sind, war eine genetische Kartierung in der Genetik sehr schwierig. Max Planck Forscher vom Friedrich Miescher Labor in Tübingen, haben jetzt di ... mehr

    Feinstes Gespür für Moleküle

    Laserphysiker des Labors für Attosekundenphysik der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine extrem starke Infrarot-Lichtquelle entwickelt, die über ein großes Spektrum an Wellenlängen verfügt. Sie eröffnet neue Möglichkeiten in der Medizin, Bi ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.