Wie man Treibhausgase in Kraftstoff verwandelt
Elektrochemische Reaktionen, die stickstoff- (N) oder kohlenstoffhaltige (C) Spezies einbeziehen, finden wichtige Anwendungen in der Energieumwandlung, -speicherung und -nutzbarmachung. Dazu zählen die Umwandlung elektrischer Energie in chemische Energie durch Herstellen und Aufbrechen chemischer Bindungen, die Umwandlung von Treibhausgasmolekülen und die Entfernung von toxischen Verbindungen aus dem Abfallaufkommen. Das Ziel des EU-finanzierten Projekts GHGELCAT (Electrocatalysis of greenhouse gases to fuels or chemical feedstocks on well-characterized materials) bestand darin, zu einem besseren Grundverständnis der den elektrochemischen Umwandlungen innerhalb der N- und C-Kreisläufen zugrundeliegenden Prozesse zu gelangen. Die Forscher untersuchten die der Reduktion von Gasen wie etwa Kohlendioxid und Stickoxiden in der Atmosphäre zugrundeliegenden Mechanismen, die hochkomplex sind und über die man noch nicht genug Bescheid weiß, da die meiste Forschung auf diesem Gebiet an nicht ausreichend charakterisierten Grenzflächen durchgeführt wurde. GHGELCAT setzte daher Modelloberflächen ein, um an das erforderliche Wissen im Zusammenhang mit den wichtigen C-C- bzw. N-N-Bindungsschritten als Grundlage für das Verständnis von Reaktionen innerhalb von Treibhausgasen zu gelangen. Zur Durchführung der Ammoniakoxidation und der Nitritreduktion zu N-Gas als Basis des Verständnisses der Reaktionen von Treibhausgasen wurden Platinsensoren verwendet. Der Mechanismus der Ammoniakoxidationsreaktion auf dem Pt(100)-Sensor hatte einen Deprotonierungsschritt zum Inhalt, der dem Elektronentransfer vor dem N-N-Formungsschritt vorausgeht. Dieses Merkmal wird von den vorhandenen Mechanismen nicht erfasst. Die Stickoxidreduktion ergab das gleiche Endprodukt (Ammonium) an den Pt(111)- und Pt(100)-Sensoren - es waren jedoch zwei verschiedene Mechanismen im Spiel. Die Resultate belegten, dass die Selektivität und sogar der Mechanismus der elektrochemischen Reaktionen, an denen N- oder C-haltige Spezies beteiligt sind, stark von der Oberflächenstruktur abhängen können. Daher können die für eine bestimmte Oberfläche und Abdeckung erzielten Reaktionsmechanismen nicht direkt auf strukturell verschiedene Elektroden hochgerechnet werden. Diese Entdeckung hat wichtige Auswirkungen auf die Elektrokatalyse.
