Katalysator-Herstellung in einem Schritt
Ohne Katalysatoren geht nicht viel: Mehr als 80 % aller chemisch hergestellten Produkte durchlaufen in ihrer Herstellung einen katalytischen Schritt. Das aktive Material ist meist Platin oder ein anderes Edelmetall, die Herstellung ist entsprechend teuer und erfordert mehrere Vorgänge. Physiker der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben nun ein Verfahren zum Patent angemeldet, das in einem einzigen Schritt hochaktives und langzeitstabiles Katalysatormaterial entstehen lässt.
Das von den Physikern Dr. Nicolas Wöhrl und Sebastian Tigges hergestellte Katalysatormaterial besteht fast nur aus Oberfläche – perfekt für den Zweck: Je mehr Oberfläche zur Verfügung steht, desto mehr Reaktionen können gleichzeitig stattfinden.
Entstanden ist das vielversprechende Material in einer Plasma-Beschichtungsanlage. Dazu haben die Wissenschaftler ein kohlenstoffhaltiges Pulver, das auch Platin-Atome enthält, verdampfen lassen und durch ein Trägergas in die Plasmaanlage eingeleitet. Bei rund 350 °C bilden sich dort selbstorganisiert nur wenige Nanometer dünne Kohlenstoffwände entlang elektrischer Feldlinien aus. Die Platin-Nanopartikel bauen sich gleich von selbst mit ein.
Die Partikel hatten mit rund 1,8 Nanometern die richtige Größe, sind frei von Verunreinigungen und sie haben sich direkt in den Wänden abgesetzt. Derzeit prüfen die Forscher, wie weit die Partikel in den Wänden verankert sein müssen, um permanent dort zu bleiben, gleichzeitig aber weit genug herausragen, um als katalytische Zentren zu dienen. Verteilung und chemische Struktur von Wänden und Nanopartikeln lassen sich unabhängig voneinander durch die Prozessführung steuern.
Im Projekt MoRE InnoMat arbeiten die Physiker mit Chemikern der UDE und mit Industriepartnern zusammen, die den Prozess auf ihre Maßstäbe skalieren. Gemeinsam mit dem Zentrum für BrennstoffzellenTechnik entsteht derzeit ein Demonstrator von wenigen Quadratzentimeter Fläche für die Entwicklung einer Mikro-Brennstoffzelle.
http://www.uni-duisburg-essen.de/
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