Diese Stickoxide sind nicht nur giftig für den Menschen, sondern tragen auch erheblich zur Umweltverschmutzung bei – NO verursacht sauren Regen, während N₂O ein extrem potentes Treibhausgas ist, dessen Effekt rund 300-mal stärker ist als der von CO₂.
Die Forschenden, angeführt von Davide Ferri, Leiter der Forschungsgruppe Angewandte Katalyse am PSI, untersuchten Katalysatoren aus der Klasse der Zeolithe. Diese porösen Materialien, die aus Aluminium-, Sauerstoff- und Siliziumatomen bestehen, werden in der Industrie häufig verwendet, um schädliche Gase unschädlich zu machen. In ihrer Zusammenarbeit mit dem Schweizer Chemieunternehmen CASALE SA haben sie herausgefunden, dass einzelne Eisenatome, die in speziellen Poren der Zeolithstruktur sitzen, eine entscheidende Rolle bei der katalytischen Umwandlung der Stickoxide spielen.
Das Team nutzte verschiedene spektroskopische Methoden, darunter Röntgenabsorptionsspektroskopie und Infrarotspektroskopie, um die genaue Position und Funktion der Eisenatome während der Reaktion zu bestimmen. Sie stellten fest, dass zwei benachbarte Eisenatome in unterschiedlichen Poren zusammenarbeiten, um die Stickoxide in harmlose Moleküle zu zerlegen. Diese Wechselwirkung ermöglicht es den Eisenatomen, die für die Katalyse notwendige Redoxreaktion immer wieder durchzuführen, ohne dabei verbraucht zu werden.
„Unsere Studie zeigt, dass die Anordnung der Eisenatome in den Zeolith-Poren entscheidend ist. Mit diesem Wissen können wir die Herstellung von Katalysatoren gezielt optimieren und die Effizienz bei der Entfernung schädlicher Gase deutlich steigern“, erklärt Ferri.
Diese neuen Erkenntnisse könnten künftig dazu beitragen, Katalysatoren in der chemischen Industrie noch leistungsfähiger zu machen. Dies wäre ein wichtiger Schritt im Kampf gegen industrielle Umweltverschmutzung und den Klimawandel. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich im renommierten Fachjournal Nature Catalysis veröffentlicht.
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