Imidazolatsysteme zur CO₂‐Abscheidung und photochemischen Reduktion

Abstract

In der Natur fangen grüne Pflanzen effizient Sonnenlicht ein, um CO 2 und Wasser durch Photosynthese,ineiner Reihe von Kaskadenreaktionen, die durch spezifische Metalloenzyme katalysiert werden, in Kohlenwasserstoffe und O 2 umzuwandeln.[1] Fossile Brennstoffe entstanden in Zeiträu-men von Millionen Jahren durch den Vorgang der Photosynthese und liefern gegenwärtig den Großteil unserer bençtigten Energie.I nsbesondere seit der industriellen Revolution wurden jedoch enorme Mengen fossiler Brennstoffe verbraucht, und die damit verbundene Verbrennung hat zu einem Anstieg der CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre mit bekannten Folgen für das Klima geführt.Die weltweite Energieverknappung steht zunehmend im Fokus der Wissenschaften.[2] Die Nutzung erneuerbarer Energien als Alternative zu fossilen Brennstoffen und die Senkung der CO 2 -Emissionen sind wesentliche Herausforderungen, denen die moderne Gesellschaft gegenübersteht. Die durch Sonnenlicht bewirkte photokatalytische CO 2 -Reduktion, entsprechend einer künstli-chen Photosynthese zur Erzeugung energetischer Moleküle (z. B. CO, HCOOH, CH 3 OH und CH 4 ), gilt als eine der aussichtsreichsten Lçsungen und kçnnte beide der oben erwähnten Probleme gleichzeitig lçsen. [3] Allerdings ist die photokatalytische CO 2 -Reduktion aufgrund der großen Stabilität des linearen CO 2 -Moleküls eine anspruchsvolle Aufgabe.[4] Die effiziente Umwandlung von CO 2 erfordert einen Katalysator, der die Abscheidung,A ktivierung und anschließende Reduktion von CO 2 -Molekülen durch protonengekoppelten Mehrelektronentransfer -z ur Verhinderung der Bildung thermodynamisch ungünstiger energiereicher Zwischenstufen -e rmçglicht.[5] Die Suche nach photokatalytischen Materialien zur CO 2 -Umwandlung richtete sich vorwiegend auf herkçmmliche metallische Halbleiter [6] und metalldotierte Zeolithe [7] sowie edelmetallhaltige Komplexe.[8]Neuere Entwicklungen in der CO 2 -Nutzung mithilfe von Organokatalysatoren [9] und Metall-organischen Gerüsten (MOFs,m etal-organic frameworks), [10] die ImidazolatStrukturmotive als polyfunktionelle organische Gruppen zur Abscheidung,A ktivierung und photochemischen Reduktion von CO 2 enthalten, sind auf großes Interesse gestoßen. In der Literatur findet sich jedoch keine aktuelle Übersicht zur Verwendung von Imidazolat-Strukturmotiven zum CO 2 -Management, insbesondere zur photochemischen CO 2 -Fixierung mit sichtbarem Licht unter milden Reaktionsbedingungen.In diesem Kurzaufsatz geben wir eine Zusammenfassung der jüngsten Fortschritte bei drei Arten von ImidazolatStrukturmotiven, die als Bausteine für Systeme zur CO 2 -Nutzung verwendet wurden:ionische Flüssigkeiten (ILs) auf Imidazoliumbasis,N -heterocyclische Imidazolylidencarbene Ionische Flüssigkeiten (ILs,ionic liquids) auf Imidazoliumbasis, N-heterocyclische Imidazolylidencarbene (NHCs) und zeolithische Imidazolatgerüste (ZIFs,z eolitic imidazolate frameworks) sind Imidazolat-Strukturmotive,die für Anwendungen in der Abscheidung und Umwandlung von CO 2 umfassend untersucht wurden. In diesem Kurzaufsatz we...

Porous Organic Polymers for CO2 Storage and Conversion Reactions

“…Towards this goal, at atmospheric pressure several challenging porous nanomaterials processing high specific surface areas, like POPs, metal‐organic frameworks (MOFs), covalent organic frameworks (COFs), zeolitic imidazole frameworks (ZIFs), amimopropyl‐functionalized porous alumina materials, N‐doped porous carbons, BCN graphene analogues, exhibited remarkable CO 2 uptake property. By tuning the reactive groups present in the monomer units there is huge scope to design a broad range of POPs .…”

Functional Conjugated Polymers for CO2 Reduction Using Visible Light

“…For example, atomic metal, metal oxides, metal chalcogenides, metal–organic complexes and heteroatom‐doped carbon materials have been used to catalytically induce the electroreduction of CO 2 . To achieve the direct conversion of CO 2 by photoreduction, transition metal complexes or semiconductors and metal‐decorated zeolites have been investigated; however, conjugated organic semiconductors have been rarely studied during the last 50 years.…”

Chlorine‐Promoted Nitrogen and Sulfur Co‐Doped Biocarbon Catalyst for Electrochemical Carbon Dioxide Reduction

“…Apart from the control of CO 2 emissions, the concentration of CO 2 can be reduced by capturing CO 2 and reducing it to valuable products . To date, a large number of methods for converting CO 2 have been developed, including chemical reduction, photochemical reduction, electrochemical reduction, and biological transformation . Among them, the electrochemical CO 2 reduction reaction (ECRR) has great application prospects because it can be carried out under ambient operating temperature and pressure, and the target product can be controlled by adjusting the applied potential …”