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Chemie mit Licht Photokatalysator aus Harnstoff macht Reaktionswege umweltfreundlicher

| Redakteur: MA Alexander Stark

Die Photosynthese ermöglicht es, im Labor ganz neue Reaktionswege zu realisieren. Diese „Chemie mit Licht“ ist den letzten Jahren zu einem wertvollen Werkzeug der umweltfreundlicheren Erzeugung von Stoffen geworden. Durch die Verwendung von Carbonnitrid soll das Verfahren nun auch besonders preiswert werden.

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Chemiker verwenden Carbonnitrid als Photokatalysator.
Chemiker verwenden Carbonnitrid als Photokatalysator.
(Bild: Dr. Aleksandr Savateev)

Regensburg – Die Photosynthese setzt im Labor um, was uns die Natur und Pflanzen vormachen. Während es in der Natur aber um die Produktion von Zucker geht, nutzt die Synthesechemie das Verfahren, um neue Reaktionswege zu finden. Sie macht es möglich, beispielsweise zwei Reagenzien (Stoff, der chemische Reaktionen bewirkt) gleichzeitig zu aktivieren oder die formale Insertion (Einbau) ganzer Moleküle in chemischen Bindungen umzusetzen. Dadurch wird Synthesechemie einfacher und umweltfreundlicher.

Als Photokatalysatoren werden dabei verschiedene Metallkomplexe und organische Farbstoffe verwendet. Ihre geringe Stabilität und schwierige Wiederverwertung schränken aber eine breitere Anwendung ein. Zudem sind die Metallkomplexe zumeist aus zwei der seltensten Elemente dieser Welt aufgebaut, dem Ruthenium und Iridium. Das schränkt die breitere Nutzung stark ein.

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Chemiker der Universität Regensburg und des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam berichten nun in der Fachzeitschrift Science über die Verwendung eines zweidimensionalen Materials als Photokatalysator in der organischen Synthese: Carbonnitrid. Dieser Stoff besteht nur aus Kohlenstoff- und Stickstoffatomen. Das Material kann z.B. aus Harnstoff hergestellt werden und ist damit sehr preiswert. Es wurde bislang hauptsächlich für photokatalytische Wasserspaltung verwendet, doch hat es für die organische Synthese viel zu bieten. Seine physikalischen Eigenschaften ermöglichen es, die meisten gängigen molekularen Photokatalysatoren durch eine einzige Verbindung zu ersetzen. Die Stabilität und Heterogenität des Materials erlauben außerdem eine nachhaltige Nutzung.

Mit der Verwendung organischer Halbleiter wie Kohlenstoffnitrid zeigt das Forscherteam um Prof. Dr. Burkhard König vom Institut für Organische Chemie der Universität Regensburg auf der Basis der im MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung entwickelten Katalysatoren breitere Anwendungsmöglichkeiten von Licht als effizientes und sicheres Reagens in der organischen Synthese auf. Dadurch eröffnet sich eine Perspektive für photokatalytische Reaktionen in größerem Maßstab: „Licht in der Photoreaktion“ hilft, Chemie effizienter, nachhaltiger, umweltfreundlicher und damit auch unkomplizierter zu gestalten.

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