Wiener Forscher finden hocheffiziente Katalysatoren

Mit neuem Material kann Wasserstoff deutlich effektiver erzeugt werden. Chemiker der Technischen Universität Wien haben es geschafft, die katalytische Oberfläche zu vervielfachen.

Damit ein Katalysator seine Wirkung optimal entfalten kann, braucht er möglichst viel Oberfläche. Dort kann eine durchströmende Verbindung wie zum Beispiel Wasser in ihre Einzelteile zerlegt wird. Die Kunst für Wissenschafter besteht also darin, Materialien herzustellen, die durch eine Vielzahl mikroskopischer Löcher sehr viel Oberfläche auf kleinstem Raum bieten.

Mit der kürzlich im Fachjournal „Nature Communications“ vorgestellten Methode, die schwammartige Strukturen mit Nanometer-kleinen Löchern entstehen lässt, konnten die Wissenschafter die Reaktionsfreude des Katalysators rekordverdächtig erhöhen.

Sogenannte metallorganische Gerüstverbindungen mit bereits vielen sehr kleinen Löchern dienen als Ausgangspunkt. Diese Strukturen sind derart durchlöchert, dass sie um die 7.000 Quadratmeter Oberfläche pro Gramm aufweisen können, was sie zu den Verbindungen mit der größten bekannten Oberfläche macht. Daher sind sie auch Hoffnungsträger, wenn es darum geht, Gase zu trennen und aufzubewahren, Wasser zu reinigen oder Medikamente im Körper zu transportieren.

Einsatzgebiet: Wasserstofferzeugung

Das große Problem war bisher, dass die Poren dieser Materialien einfach zu klein sind, um eine effiziente Katalyse zu ermöglichen, so der Leiter der Forschungsgruppe für molekulare Materialchemie der TU Wien, Dominik Eder. Mit einem neuen zweistufigen Verfahren konnten die Wissenschafter nun zusätzliche Poren einbauen, die aber mit immerhin zehn Nanometern Durchmesser deutlich größer sind. Zu den winzigen Löchern kommen dann rissartige Verbindungen, durch die Moleküle, die es beispielsweise aufzuspalten gilt, schneller durchrutschen können.

Das hatte den Effekt, dass die Wasser-Aufspaltung unter Lichteinfluss in der neuen Schwammstruktur sechsfach besser ablief als bei herkömmlichen metallorganischen Gerüstverbindungen. Damit gehöre das neue Material zu den effektivsten Photokatalysatoren für Wasserstoffproduktion, heißt es.
Die Forscher versuchen nun, mit den neuen Materialien etwa auch CO2 in synthetische Treibstoffe umzuwandeln.

(KG)