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Reinste Nanopartikel für bessere Katalysatoren
Gold-Nanopartikel auf Graphen

Nachwuchswissenschaftler vom BMBF gefördert

Reinste Nanopartikel für bessere Katalysatoren

[15.07.2013] Für sein Projekt „INNOKAT“ erhält der Chemiker Dr. Philipp Wagener von der Universität Duisburg-Essen (UDE) 1,52 Millionen Euro Fördersumme vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Die von ihm aufgebaute Arbeitsgruppe entwickelt Katalysatoren auf der Basis von besonders reinen Nanopartikeln.

Mit dem Nachwuchswettbewerb „NanoMatFutur“ unterstützt das BMBF Arbeitsgruppen junger Wissenschaftler, die sich mit Nano- oder Werkstoffforschung beschäftigen. So forscht das Team um den 33-jährigen Wagener im soeben gestarteten Projekt „INNOKAT – Integration und Applikation von ligandenfreien und kontrolliert ligandenfunktionalisierten Nanopartikeln in der Katalyse“ an einem neuen Ansatz zur Herstellung heterogener Katalysatoren. Diese spielen bei chemischen Stoffumsetzung oder der Speicherung von Energie in chemischer Form (z.B. für nachhaltige Brennstoffe) eine entscheidende Rolle. Ihr wichtigster Bestandteil sind Nanopartikel aus Edelmetallen, an denen die katalytischen Reaktionen ablaufen. Hier gilt: Je reiner die Oberfläche dieser Partikel ist, desto aktiver sind sie. Nun braucht man jedoch bei der klassischen Herstellung von kolloidalen Nanopartikeln üblicherweise Hilfsstoffe, die anschließend auf der Oberfläche der Partikel sitzen und die Reaktionen blockieren können. Sie müssen daher aufwändig entfernt werden.

Anders beim Ansatz von Philipp Wagener. Der Chemiker, der im NanoEnergieTechnikZentrum (Campus Duisburg) am Lehrstuhl für Technische Chemie I forscht, arbeitet mit einer Methode, bei der extrem reine Nanopartikel entstehen: Regelmäßige Laserpulse treffen auf ein Plättchen aus Edelmetall, das in einer Flüssigkeit, z.B. Wasser, liegt. Dabei schießt der Laser winzige Partikel aus der Oberfläche heraus, die sich sofort in der Flüssigkeit verteilen und ohne Hilfsstoffe stabil bleiben. Derartig produzierte Nanopartikel haften sehr gut auf dem Trägermaterial, mit dem sie gemeinsam den Katalysator bilden, benötigen keine potenziell giftigen oder desaktivierenden Stabilisatoren und bieten ihre komplette freie Oberfläche für die Reaktionen an. Die Methode lässt sich problemlos in bestehende Prozesse zur Katalysatorherstellung integrieren, und sie funktioniert für ein breites Spektrum verschiedener Nanopartikel auf nahezu beliebigen Trägermaterialien. Die so hergestellten heterogenen Katalysatoren werden anschließend in Modellreaktionen auf ihre Aktivität getestet – geplant ist z.B. die Erzeugung von Wasserstoff, indem Wasser unter Lichtbestrahlung gespalten wird.

Das seit dem 1. Juli laufende Projekt wird zunächst für vier Jahre mit 1,52 Millionen Euro innerhalb von „NanoMatFutur“ gefördert. Der Wettbewerb möchte jungen Wissenschaftlern die Chance ermöglichen, eigene, unabhängige Nachwuchsgruppen aufzubauen und neue, interdisziplinäre Forschungsansätze zu verfolgen. Hier konnte sich Wagener in einem Feld von 36 Mitbewerbern durchsetzen: „Mit Laserlicht hochreine Nanomaterialien für die Katalyse und Energietechnik zu erzeugen, ist eine spannende Methode mit sehr viel Potenzial, die bisher allerdings nur wenig beachtet wurde. Das möchten wir mit unserer Forschung ändern.“