Allmänheten känner till den kemiska föreningen av koldioxid som en växthusgas i atmosfären och på grund av dess globala uppvärmningseffekt. Dock, koldioxid kan också vara en användbar råvara för kemiska reaktioner. En arbetsgrupp vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har nu rapporterat om denna ovanliga ansökan i ChemSusChem tidning. De använder koldioxid som råmaterial för att producera grafen, ett tekniskt material som för närvarande är föremål för intensiva studier.

Förbränning av fossila bränslen som kol och olja producerar energi till el, värme och rörlighet, men det leder också till en ökning av mängden koldioxid i atmosfären och därmed till global uppvärmning. Att skära av denna orsakskedja är det som motiverar forskare att söka efter alternativa energikällor men också efter alternativ användning av koldioxid. En möjlighet kan vara att se koldioxid som en billig råvara för syntes av värdefulla material, återföra den till återanvändningscykeln – kanske till och med på ett lönsamt sätt.

Ett exempel finns i naturen. Under fotosyntesen i växternas löv, kombinationen av ljus, vatten och koldioxid skapar biomassa, att stänga det naturliga materialkretsloppet. I denna process, det är det metallbaserade enzymet RuBisCos uppgift att absorbera koldioxiden från luften och göra den användbar för de vidare kemiska reaktionerna i växten. Inspirerad av denna metallenzymbaserade naturliga omvandling, forskare vid KIT presenterar nu en process där växthusgasen koldioxid tillsammans med vätgas omvandlas direkt till grafen vid temperaturer upp till 1000 grader Celsius med hjälp av specialberedda, katalytiskt aktiva metallytor.

Grafen är den tvådimensionella formen av det kemiska elementet kol, som har intressanta elektriska egenskaper och därför är ett alternativ för nya framtida elektroniska komponenter. Dess upptäckt och användbarhet 2004 ledde till världen över, intensiv forskning och fick upptäckarna, Andre Geim och Konstanin Novoselov, Nobelpriset i fysik 2010. De två tog bort grafenet manuellt från ett grafitblock med hjälp av tejp.

Flera arbetsgrupper på KIT har samarbetat för att presentera en metod i tidskriften ChemSusChem för att separera grafen från koldioxid och väte med hjälp av en metallkatalysator. "Om metallytan uppvisar rätt förhållande mellan koppar och palladium, omvandlingen av koldioxid till grafen kommer att ske direkt i en enkel ettstegsprocess, " förklarar chefen för studien, Professor Mario Ruben, från arbetsgruppen Molekulare Materialien vid Institutet för nanoteknologi (INT) och Institutet för oorganisk kemi (AOC) vid KIT. I ytterligare experiment kunde forskarna till och med producera grafen flera lager tjockt, som kan vara intressant för möjliga tillämpningar i batterier, elektroniska komponenter eller filtermaterial. Arbetsgruppens nästa forskningsmål är att forma fungerande elektroniska komponenter av den grafen som sålunda erhålls. Kolmaterial som grafen och magnetiska molekyler kan vara byggstenarna för framtida kvantdatorer, som möjliggör ultrasnabba och energieffektiva beräkningar men inte är baserade på den binära logiken i dagens datorer.