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Humboldt-Stipendiat im NETZ Nanokatalysatoren aus metallischen Gläsern

[20.07.2020]

Sie kombinieren die Eigenschaften von Metall und Glas und offenbaren neue Möglichkeiten: Neben einzigartigen elektrischen und mechanischen Eigenschaften können metallische Gläser auch als Katalysatoren wirken. Dies will sich Dr. Shunxing Liang für die Wasserspaltung zunutze machen, bei der Wasserstoff als regenerativer Energieträger gewonnen wird. Dazu plant er Nanopartikel des vielversprechenden Materials per Laserablation in Flüssigkeit erzeugen. Der 29-Jährige ist für ein Jahr als Humboldt-Stipendiat am NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) der Universität Duisburg-Essen (UDE).

Metallische Gläser sind eine noch vergleichsweise neue Materialklasse. Sie vereinen das Beste aus beiden Materialien. Sie leiten elektrischen Strom wie Metalle, haben aber eine glasartige und für Legierungen völlig untypische innere Struktur: Ihre Atome sind nicht in einem regelmäßigen Gitter angeordnet, sondern so durcheinander wie in der Fensterscheibe aus klassischem Silikatglas. Diese chaotische Struktur macht das Material unter anderem härter als klassische Legierungen (wie Stahl oder Bronze) und verleiht ihm zudem mehr Einsatzmöglichkeiten.

Neue Generation von Nanokatalysatoren

„Wegen ihrer großen Oberfläche im Vergleich zum Volumen sind Nanostrukturen grundsätzlich sehr gut für katalytische Zwecke geeignet“, erklärt Dr. Shunxing Liang. „Erst recht solche aus metallischen Gläsern.“ Herstellen will der Gast aus China diese neue Generation von Nanokatalysatoren mittel Laserablation in Flüssigkeit. Hierbei verdampft ein Laser mit ultrakurzen Laserpulsen lokal Material vom gewünschten Rohstoff, das sich im umgebenden Lösungsmittel zu Nanopartikeln zusammenfindet.

Was einfach klingt, ist mit dem geplanten Werkstoff noch nie gelungen. Dr. Liang plant, die ungeordnete Struktur in den Partikeln während ihrer Synthese zu stabilisieren. „Das ist ein ehrgeiziger, aber vielversprechender Plan“, so Dr. Sven Reichenberger, Leiter der Nachwuchswissenschaftler Gruppe zur laser-basierten Synthese von Nanomaterialien zur Energieforschung, in welcher der Alexander von Humboldt-Stipendiat seine Forschung vorantreiben wird. „Innerhalb von wenigen milliardstel Sekunden heizen wir die Materialien lokal auf Temperaturen auf, wie sie auf der Sonnenoberfläche vorherrschen, und kühlen das herausgeschleuderte Material anschließend genauso schnell wieder auf die Umgebungstemperatur ab. Das lässt den Atomen keine Zeit, sich in der klassischen Gitterstruktur zu ordnen.“

Dr. Reichenberger‘s Labore befinden sich im NETZ, einem Forschungsgebäude, das speziell für die Entwicklung von Materialien für energietechnische Anwendungen eingeworben wurde. Das Mikroskopiezentrum im Untergeschoss ermöglicht es, Proben direkt zu analysieren und den Herstellungsprozess so Schritt für Schritt zu verbessern.

Dr. Liang studierte Maschinenbau an der South China Agricultural University, bevor er seinen Master und schließlich seine Promotion an der Edith Cowan University im australischen Perth abschloss. Damals beschäftigte er sich vornehmlich mit der Anwendung metallischer Gläser in der Reinigung von Abwassern.

Weitere Informationen:

Dr. Shunxing Liang, Technische Chemie I, Tel. 0203/37 9-8217, shunxing.liang@uni-due.de
Dr. Sven Reichenberger, Technische Chemie I, Tel. 0203/37 9-8116, sven.reichenberger@uni-due.de
https://www.uni-due.de/reichenberger-group/

Redaktion: Birte Vierjahn, Tel. 0203/37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de