Internationales Forschungsteam findet neues Material für die Entnahme von Kohlendioxid aus Luft und Abgasen
Modell der organischen Gerüstverbindung (Covalent Organic
Framework – COF), die dem neuen, im Labor synthetisierten
Material COF-999 zugrunde liegt. Polyamine (blau), die in den
Poren an das Gerüst gebunden sind, sorgen für die Adsorption
von Kohlendioxid-Molekülen (hellblau-orange). Das Material k?nnte
in Zukunft ?Direct Air Capture“-Technologien verbessern, mit
denen Kohlendioxid aus Luft und Abgasen herausgefiltert wird.
Bild: Zihui Zhou, UC Berkeley
Klimaexperten sind sich einig: Für die Bew?ltigung der Klimakrise werden wir nicht nur den Aussto? von Kohlendioxid (CO2) vermindern, sondern das klimasch?dliche Gas auch direkt aus Luft und Abgasen herausfiltern müssen. Dafür arbeiten Wissenschaftler*innen an sogenannten ?Direct Air Capture“-Technologien und sind auf der Suche geeigneten Materialien, die CO2-Moleküle gut binden (adsorbieren) und – bei Temperaturerh?hung – auch wieder in konzentrierter Form freigeben, um das Gas beispielsweise unterirdisch speichern zu k?nnen.
Chemische Synthese des Materials COF-999 gelungen
In der Zeitschrift Nature berichtet ein internationales Forschungsteam, dem Prof. Dr. Joachim Sauer von der Humboldt-Universit?t zu Berlin (HU) angeh?rt, über die chemische Synthese des speziellen Materials, COF-999,? die dem Doktoraden Zihui Zhou aus der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Omar Yaghi an der University of California (UC) at Berkeley gelungen ist. Bei dem Material handelt sich um eine organische Gerüstverbindung (Covalent Organic Framework – COF), in der Polyamine, die in den Poren an das Gerüst gebunden sind, für die Adsorption der Kohlendioxid-Moleküle sorgen.
?Das Besondere ist, dass das Material nicht nur eine sehr hohe Aufnahmekapazit?t für CO2 hat, sondern dass diese in Anwesenheit von Wasser sogar mehrfach h?her ist. Wasser, das immer in der Umgebungsluft und Abgasen enthalten ist, st?rt hier nicht, sondern hat überraschenderweise einen ?u?erst positiven Effekt“, sagt Sauer, renommierter Quantenchemiker und Senior Researcher am Institut für Chemie der Humboldt-Universit?t.
HU-Forscher kl?rt Funktionsweise des Materials durch quantenchemische Berechnungen auf
Als Mitglied des Forschungsteams war Joachim Sauer für die quantenchemische Aufkl?rung der Wirkungsweise des Materials auf atomarer Ebene verantwortlich. Denn die Erkenntnisse, die in Experimenten gewonnen wurden, reichten nicht aus, um zu bestimmen, an welcher Stelle genau sich die Atome (Amingruppen) in der por?sen Festk?rperstruktur befinden, an die die CO2-Moleküle ?andocken“. Deshalb musste im ersten Schritt ein Strukturmodell aufgestellt werden, das mit den Erkenntnissen aus den Experimenten konform ist. Im zweiten kritischen Schritt ging es darum, zu berechnen, wie stark CO2 an die verschiedenen Amingruppen in unterschiedlichen Positionen gebunden wird und wie sich das in Anwesenheit von Wassermolekülen (H2O) ?ndert.
Prof. Dr. Joachim Sauer: ?Unsere quantenchemischen Rechnungen sind unverzichtbar, weil das atomare Verst?ndnis der Funktionsweise die Basis für die Entwicklung weiter verbesserter Materialien ist. Daran arbeiten wir zurzeit mit unseren Partnern an der UC Berkeley und der Universit?t Chicago.“
Publikation
Artikel in Nature: Z.Zhou, T. Ma, H. Zhang, S. Chheda, H. Li, K. Wang, S. Ehrling, R. Giovine, C. Li, A.H. Alawadhi, M.M. Abduljawad, M.O. Alawad, L. Gagliardi, J. Sauer,* O.M. Yaghi,* Carbon dioxide capture from open air using covalent organic frameworks, Nature 635 (2024) 96-101
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Prof. Dr. h.c. Joachim Sauer
Institut für Chemie der Humboldt-Universit?t zu Berlin