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06.09.2013

Nickelbasierte Nanopartikel als Ersatz für Platin als Katalysator


Für seine Untersuchungen zu nickelbasierten Nanopartikeln, die das bisher übliche Platin in Katalysatoren ersetzen könnten, hat der Chemiker Dr. Philipp Wagener vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) ein mit 10.000 Euro dotiertes Max-Buchner-Stipendium verliehen bekommen.

In heutigen Katalysatoren, wie sie zum Beispiel in Brennstoffzellen eingesetzt werden, besteht das katalytisch aktive Material aus einem der teuersten Edelmetalle: Platin. Forschung und Wirtschaft sind daher gleichermaßen an einer günstigen Alternative interessiert.

Dr. Philipp Wagener leitet eine Arbeitsgruppe am Lehrstuhl für Technische Chemie I und forscht seit Anfang des Jahres im neuen NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) am Campus Duisburg. Er sieht die Zukunft leistungsfähiger und gleichzeitig bezahlbarer Katalysatoren in der Nanotechnologie: "Um katalytisch hochaktiv zu sein, muss ein Material eine große Oberfläche besitzen, an der die Reaktionen ablaufen können", erläutert er. "Nanostrukturierte Materialien bieten sich hier besonders an, weil sie eine extrem große Oberfläche haben."

In seiner Arbeitsgruppe stellt er hochreine Nanopartikel mittels Laserablation her. Das Prinzip ist leicht erklärt, effektiv und dauert nur wenige Minuten: Regelmäßige Laserpulse treffen auf ein Plättchen aus Metall, das in einer Flüssigkeit, z.B. Wasser, liegt. Dabei schießt der Laser winzige Partikel aus der Oberfläche heraus, die sich sofort im Wasser verteilen. Auf diese Weise ist praktisch jede Kombination aus Ausgangsmaterial und umgebender Flüssigkeit denkbar. Durch die gewählte Legierung des Plättchens ist es zudem möglich, auch die Zusammensetzung der Nanopartikel zu bestimmen. "Dabei konzentrieren wir uns vor allem auf Nanopartikel aus nickelbasierten Legierungen, weil sie die vielversprechendsten Kandidaten sind, das teure Platin in Katalysatoren abzulösen", erläutert Wagener. Zum Vergleich: Die Weltjahresförderung von Platin liegt bei etwa 190 Tonnen und bedingt einen Rohstoffpreis von 40 Euro pro Gramm. Im Gegensatz dazu werden weltweit jährlich mehr als eine Million Tonnen Nickel geschürft, das für 0,01 Euro pro Gramm auf den Markt kommt.

In dem durch das Stipendium geförderten Projekt stellt Wagener Plättchen unterschiedlicher Zusammensetzung her. Dafür vermischt er Nickelpulver mit den gewünschten Legierungsbestandteilen und presst es in Form. Die daraus per Laserablation entstehenden Nanopartikel analysiert und charakterisiert er anschließend, um Rückschlüsse auf den genauen Bildungsmechanismus zu erhalten und so die Zusammensetzung gezielt einstellen zu können. Die entstandenen Partikel bringt er daraufhin auf Trägermaterialien auf, um ihre katalytische Aktivität zu testen. So ist es dem Team um Wagener möglich, in kurzer Zeit viele verschiedene Katalysatormaterialien auf ihre Eignung zu überprüfen.

Das Max-Buchner-Stipendium wird von der gleichnamigen Forschungsstiftung an jährlich nur rund 20 Wissenschaftler vergeben. Gefördert wird damit die Arbeit aus den Disziplinen Chemische Technik, Verfahrenstechnik und Biotechnologie sowie angrenzenden Gebieten.

Quelle: Universität Duisburg-Essen




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