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20.06.2024

02.11.2023

Naturähnliche Photosynthese - Publikationspreis 2023 des Leibniz-Kollegs Potsdam vergeben

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CO2-neutrale Kraftstoffe? Künstliche Photosynthese als Technologie der Zukunft? Alles möglich, wie die Forschung von Stefano Mazzanti zeigt. In seiner Doktorarbeit erforschte er innovative photokatalytische Prozesse mit einem multidisziplinären Ansatz. Es gelang ihm, den ersten Photokatalysator mit kumulativer Protonen-Elektronen-Speicherung zu entwickeln, um die photoinduzierte Reduktionsleistung zu erhöhen - ein Mechanismus, der sonst nur in der Natur vorkommt.

Seine herausragende Arbeit schlägt sich in fünf Erst-Autor-Publikationen wieder. Für diese Leistung wird Mazzanti mit dem Publikationspreis 2023 des Leibniz-Kollegs Potsdam geehrt.

Im Bereich der Katalyse wird ein Material - der Katalysator - genutzt, um mithilfe von Energie einfache Moleküle in ein wertvolles Produkt umzuwandeln. Diese Technologie ermöglicht die Herstellung großer Mengen an Düngemitteln, Kunststoffen und Medikamenten, die weltweit gebraucht werden. Katalysatoren basieren auf Edelmetallen, die nicht recycelt werden können und teuer sind. Die für ihren Einsatz nötige Energie wird durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe bereitgestellt, die zur globalen Erwärmung beitragen.

Daher ist es notwendig, nachhaltige Ansätze für katalytische Prozesse zu finden. Sonnenlicht als unendliches Energiereservoir ermöglicht die Photokatalyse als leistungsfähiges Werkzeug, das von jeher durch Pflanzen in der Form von Photosynthese genutzt wird.

Organische Kohlenstoffnitride können als recycelbare, billige, ungiftige und heterogene Photokatalysatoren fungieren. Sie nutzen das Sonnenlicht und bringen damit den derzeitigen Stand der Technik ins Wanken, wie in Mazzanti et al., ChemPlusChem 2020 geschildert. Dieses Material kann tatsächlich die Photosynthese nachahmen und sogar übertreffen. Licht wird eingesetzt, um Wasser und CO2 in Alkohole und Methan umzuwandeln - und damit Kraftstoffe der Zukunft mit Kohlenstoffneutralität zu produzieren (Mazzanti et al., Applied Catalysis B: Environmental 2021).

Dank der einzigartigen Eigenschaften von Kohlenstoffnitrid kann Licht auch gespeichert werden, um als "Solarbatterie" zu fungieren und anschließend für chemische Umwandlungen verwendet zu werden (Mazzanti et al., Exploration 2021). Das Material funktioniert wie ein künstliches Blatt, das durch chemische Abscheidung mit dünnen Filmen Objekte jeder Art beschichten kann. Damit können schlichte Glaswaren in lichtbetriebene Fabriken für Chemikalien verwandelt werden (Mazzanti et al., ACS Catalysis, 2021). Schließlich kann Kohlenstoffnitrid auch zur Entwicklung von Methoden zur Herstellung neuartiger Arzneimittel, wie z.B. gegen COVID-19, verwendet werden (Mazzanti et al., Nature Communications 2020).

Stefano Mazzanti studierte Chemie an der Universität Bologna und fertigte seine Doktorarbeit am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung und der Universität Potsdam unter der Betreuung von Dr. Aleksandr Savateev und Prof. Markus Antonietti an. Seine herausragenden wissenschaftlichen Arbeiten während der Promotion ermöglichten bahnbrechende Fortschritte auf dem Gebiet der Materialwissenschaften, der heterogenen Photokatalyse und der organischen Chemie und mündeten in die fünf oben genannten, international renommierten Veröffentlichungen als Erstautor. Zurzeit arbeitet er für McPhy Energy Deutschland und entwickelt Elektrolyseure für die Wasserstoffproduktion.

» Originalpublikation 1

» Originalpublikation 2

» Originalpublikation 3

Quelle: Universität Potsdam