Der Katalysator am Reißbrett
Üblicherweise bestehen Metall-Legierungen aus 2 Metallen. Dass jemand mal auf die Idee kommt, über 5 Metalle nachzudenken und daraus dann noch einen hochwirksamen Katalysator entwirft, der CO2 aus der Luft zu CO reduziert, um daraus Methanol gewinnen zu können – Hut ab!
Übergangsmetall-Dichalcogenide oder kurz genannt TMDCs heißen diese Materialien. Nicht ganz neu, nur hatte man diese bislang in einem anderen Zusammenhang betrachtet. Also 5 Metalle und ein Element aus den Chalkogeniden (Schwefel, Selen, Tellur) – das ergibt schon einmal bei 10 anwendbaren Übergangsmetallen und den 3 Chalcogeniden insgesamt rund 756 mögliche Fünf-Metall TMDC Legierungen.
Dass diese Möglichkeiten keiner mehr synthetisieren wollte, war schnell klar. So kamen sehr aufwändige quantenmechanische Berechnungen an Super Computern ins Spiel, anhand deren Resultate dann gezielte Synthesen an der University of Illinois in Chicago durchgeführt wurden. Es ging darum, stabile hochentropische TMDC Legierungen herzustellen, die 5 Metalle in nahezu gleichen Verhältnissen enthalten und die gewünschten katalytischen Eigenschaften aufweisen. Hochentropisch bedeutet hier eben, dass die Metalle in dieser Legierung nahezu gleich vertreten sind.
So wurde ein TMDC aus Molybdän, Wolfram, Vanadium, Niob und Tantal entwickelt – kurz (MoWVNbTa)S2 – das sich als hervorragender Katalysator für die Reduktion von CO2 zu CO erwiesen hat. Das Kohlenmonoxid kann dann mit Wasserstoff kombiniert werden, um Methanol herzustellen. Es könnte ein Weg sein, CO2 aus der Luft zu nehmen und es wieder in einen Kohlenwasserstoff umzuwandeln.
Diese Materialien sind noch nie zuvor synthetisiert worden. Wer weiß, welche Eigenschaften diese noch aufweisen. Es bleibt auf jeden Fall spannend!
Autor: Dr. Ronald Hinz, Market Intelligence Senior Expert, SVP Deutschland AG
Quelle: 2D High-Entropy Transition Metal Dichalcogenides for Carbon Dioxide Electrocatalysis in Advanced Materials, June 2021; Rohan Mishra et al.
