Gallium revolutioniert die Katalysatortechnik und treibt die CO2-Reduktion voran

Die derzeitigen Katalysatoren nutzen teure Edelmetalle wie Rhodium und Iridium. Chemnitzer Wissenschaftler der Professur Anorganische Chemie hatten erstmalig eine Reaktion einer Gallium-Verbindung beobachtet, die es normal nur bei diesen teuren Metallen gibt. Gallium-Katalysatoren hätten gleich mehrere Vorteile: Gallium kommt häufiger in der Erdkruste vor als Edelmetalle, kostet weniger, ist ungiftig und hat einzigartige chemische Eigenschaften.

Den Wissenschaftlern gelang es, ein Gallium-Atom und ein einzelnes Kohlenstoff-Atom zu verbinden. Interessant dabei ist, dass das Gallium-Atom während der Reaktion zwei Kohlenstoff-Atome „überspringt“, bevor es diese einzige Bindung eingeht. Dies ist eine ungewöhnliche und innovative Eigenschaft des Galliums in dieser speziellen Reaktion, durch die das Metall eine Vielzahl neuer Wege in der weiteren Erforschung der Katalysatortechnik schafft. Aus diesem Grund wurden die Forschungsergebnisse der Chemnitzer Wissenschaftler im September 2024 im renommierten Fachjournal „Nature Synthesis“ veröffentlicht und außerdem mit einem Bericht im „Nature Briefing“ gewürdigt.

Gallium hatte schon zuvor einen Durchbruch als Katalysator-Metall: Mehrere wissenschaftliche Zeitschriften berichteten im Jahr 2021 von Gallium-Kupfer-Katalysatoren für die industrielle Produktion. Auch hier gibt es aktuelle Neuigkeiten: Forschende der RMIT-Universität in Melbourne, Australien, fanden kürzlich heraus, dass so genannte Flüssigmetall-Nanoplanet-Katalysatoren dabei helfen können, eine große Quelle von Kohlenstoff-Emissionen zu eliminieren: Die Ammoniakproduktion. Ganze 2 % der weltweiten CO₂-Ausstöße sind auf die Herstellung landwirtschaftlich genutzten Ammoniaks zurückzuführen. Dieser Wert liegt damit sogar über der Ausstoßmenge ganzer Länder wie Deutschland. Die Flüssig-Nanoplanet-Katalysatoren könnten diese Emissionen stark reduzieren. Ihr Vorteil gegenüber festen Katalysatoren ist, dass sie unerwünschte Nebenreaktionen verhindern, die die Aktivität des Prozesses beeinträchtigen könnten. Außerdem erleichtert ihre ‍flüssige äußere Hülle die für die Ammoniakproduktion erforderlichen‌ chemischen Reaktionen und erhöht so die Katalyse-Effizienz.