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Cobalt nicht nur Farbe, sondern auch ein wichtiger Katalysator

13.05.2013
Cobalt – damit assoziieren wir oft eine Farbe – das Cobaltblau. Cobalt ist aber viel mehr, so ist es Bestandteil des Vitamins B12, das wiederum für den Menschen überlebensnotwendig ist.

Cobalt ist unter anderem auch als Legierungsbestandteil in Stählen sehr wichtig. Wissenschaftler vom Rostocker Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT Rostock) stellen nun in der jüngsten Ausgabe des renommierten Fachjournals „Nature Chemistry“ neue Katalysatoren auf Basis von Cobalt vor. Fast jede Art von aromatischen Aminen, von denen jährlich über 4 Millionen Tonnen hergestellt werden, sind so energiesparend, umweltfreundlich und preiswert erhältlich.


Autoklaven - so werden explosionsgeschützte Reaktionsgefäße bezeichnet, in denen Reaktionen mit gasförmigen Komponenten - wie hier dem Wasserstoff - unter Druck ablaufen können.
LIKAT nordlicht

Katalyse ist die Wissenschaft von der Beschleunigung chemischer Reaktionen. Auch die Natur verwendet dieses Prinzip und nutzt Cobalt in Enzymen – so werden natürliche Katalysatoren bezeichnet. Ein Beispiel hierfür ist die biologisch aktive Form des Vitamins B12, als sogenanntes Coenzym ist es Teil mehrerer Enzyme und unverzichtbar für unser Leben. Auch die Wissenschaftler um Prof. Matthias Beller vom LIKAT in Rostock nutzen die katalytische Wirkung des Cobalts.

Sie verwenden ein käufliches Cobaltsalz und geben dieses zusammen mit einem Liganden – so bezeichnen die Naturwissenschaftler Moleküle, die an ein Metallatom gebunden sind, also das Atom umgeben – auf einen grafitstrukturierten Kohle-Träger und behandeln das Gemisch bei 800 °C. Der so gebildete Katalysator kann nun für die Umwandlung einer großen Vielzahl verschiedenster Nitroaromaten durch Zugabe von Wasserstoff in die gewünschten aromatischen Amin-Derivate eingesetzt werden. Wichtig dabei ist, dass der Katalysator nur in sehr geringen Mengen zugesetzt werden muss.

Er macht lediglich 1% aller benötigten Ausgangsverbindungen aus. Auch die Rückgewinnung des Katalysators und der Wiedereinsatz bis zu zehnmal ohne größere Verluste kann in dem Wissenschaftsjournal überzeugend belegt werden.

Aromatische Aminderivate (sogenannte Aniline) werden in so großen Mengen jährlich produziert, da sie für die Herstellung von Lacken und Farben, in Agrochemikalien, in der pharmazeutischen Industrie und in Polymeren eine sehr wichtige Rolle spielen.

Sie stellen Zwischenprodukte dar, die auf vielfältigste Art weiter „veredelt“ werden. Die Forschungsarbeiten, um einen umweltfreundlichen und preiswerten Zugang zu einer derart wichtigen Gruppe an Chemikalien aufzufinden, wurden in Rostock in einem internationalen Forscherteam mit deutschen und asiatischen Kollegen durchgeführt. Matthias Beller, Leiter des Teams, stellt einen Aspekt heraus: „Besonders wichtig ist die einzigartige Anwendungsbreite unseres Katalysatorsystems für die Gewinnung unterschiedlichster Anilinderivate.

Das und die Verwendung eines preiswerten Metalls – des Cobalts - unterscheidet unsere Methode von bisher bekannten und macht sie so sehr interessant für Wissenschaft und Wirtschaft." Für eine zukünftige kommerzielle Nutzung der Katalysatoren wurde im April eine Kooperation mit einer international renommierten Chemiefirma begonnen.

Hintergrundinformationen:

Das Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT Rostock) ist das größte europäische Forschungsinstitut im Bereich der Erforschung und Entwicklung von Katalysatoren sowie von katalytischen Verfahren und Technologien. Hauptziele der wissenschaftlichen Arbeiten sind die Gewinnung neuer Erkenntnisse in der Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Katalyse und deren Anwendung bis hin zur technischen Umsetzung.

Das Leibniz-Institut für Katalyse ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Die Leibniz-Gemeinschaft verbindet 86 selbständige Forschungseinrichtungen. Deren Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute bearbeiten gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevante Fragestellungen. Sie betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Grundlagenforschung. Sie unterhalten wissenschaftliche Infrastrukturen und bieten forschungsbasierte Dienstleistungen an. Die Leibniz-Gemeinschaft setzt Schwerpunkte im Wissenstransfer in Richtung Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit. Leibniz-Institute pflegen intensive Kooperationen mit den Hochschulen - u.a. in Form der Wissenschaftscampi -, mit der Industrie und anderen Partnern im In- und Ausland. Sie unterliegen einem maßstabsetzenden transparenten und unabhängigen Begutachtungsverfahren. Aufgrund ihrer gesamtstaatlichen Bedeutung fördern Bund und Länder die Institute der Leibniz-Gemeinschaft gemeinsam. Die Leibniz-Institute beschäftigen rund 16.500 Personen, darunter 7.700 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Der Gesamtetat der Institute liegt bei 1,4 Milliarden Euro.

Dr. Barbara Heller | idw
Weitere Informationen:
http://www.catalysis.de

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