Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Leichte Katalysatoren für die künstliche Photosynthese

10.08.2017

Aerogele aus Kohlenstoffnitrid vermitteln die photokatalytische Umwandlung von Wasser

Nanochemie trifft Makrostruktur: Chinesische Wissenschaftler haben aus Kohlenstoffnitrid-Nanoteilchen ein makroskopisches Aerogel hergestellt, das unter Einstrahlung von sichtbarem Licht die Spaltung von Wasser katalysiert. Die in der Zeitschrift Angewandte Chemie erschienene Studie eröffnet neue Möglichkeiten für Werkstoffe aus Kohlenstoffnitrid, deren Vorprodukt Melamin ist.


Werkstoffe aus Kohlenstoffnitrid

(c) Wiley-VCH

Melamin kann mit Formaldehyd in ein hartes und leichtes Harz polymerisiert werden, aber es lässt sich auch zu Nanostrukturen aus reinem Kohlenstoff und Stickstoff kondensieren: Kohlenstoffnitrid (CN). Dieses Material verbindet die bienenwabenförmige Netzstruktur des elektronisch aktiven Graphens mit der Extrafunktionalität von Stickstoff.

Nanopartikel aus Kohlenstoffnitrid wollten Xinchen Wang und sein Team an der Fuzhou University in China in eine stabile und aktive makroskopische Architektur überführen. Sie stellten ein katalytisch hochaktives und stabiles Aerogel her, das interessante strukturelle und elektronische Eigenschaften aufweist und als Katalysator für die künstliche Photosynthese verwendet werden kann.

Aerogele sind Gele ohne Waser – bis zu neunundneunzig Prozent können sie aus Luft bestehen. Diese Porosität bedeutet eine enorm große Oberfläche mit den besten Eigenschaften für katalytische oder Sensor-Anwendungen. Wegen ihrer graphenartigen Struktur und Stickstoff-Funktionalität versucht man seit Langem, Kohlenstoffnitrid-Nanostrukturen kontrolliert zu einem makroskopischen Ensemble aufzubauen.

"Weil CN sehr viele Stickstoff-Gruppen enthält, kann man davon ausgehen, dass CN ein interessantes Verhalten beim Aufbau makroskopischer Strukturen ähnlich dem von Proteinen oder Peptiden in biologischen Systemen aufweist", schreiben die Autoren.

Die vergrößerte Oberfläche und die höhere Anzahl von katalytischen Zentren sollte solche Aerogele als hoch funktionale makroskopische Materialien aufweisen. Um das Aerogel aus den Kohlenstoffnitrid-Nanopartikeln herzustellen, nutzten die Wissenschaftler lediglich die physikalischen Anziehungskräfte der Partikel selbst aus. Ein wässriges Kolloid der Kohlenstoffnitrid-Nanopartikel wandelten sie zunächst in ein Hydrogel um und machten daraus durch klassische Gefriertrocknung ein stabiles Aerogel.

"Diese Methode hat mehrere Vorteile, einschließlich der möglichen Maßstabserhöhung für die Massenproduktion und geringer Kosten", berichten die Autoren. Mit einem Cokatalysator aus Platin erwies sich das Aerogel als deutlich effizienterer Photokatalysator für die Wasserstoffentwicklung als das ursprünglichen Kohlenstoffnitrid. Aus reinem Wasser produzierte es unter Einstrahlung von sichtbarem Licht Wasserstoffperoxid, was mit Kohlenstoffnitrid nicht gelang.

In der Kombination von chemischen und physikalischen Eigenschaften vom nano- bis zum makroskopischen Maßstab gelang den Autoren somit die Synthese eines neuen ultraleichten Materials mit ausgezeichneten katalytischen Eigenschaften. Diese zukunftsweisende Verwendung von Melamin als Grundbaustein könnte in neue Funktionsmaterialien münden. Diese Arbeiten unterscheiden sich deutlich von der bekannten Massenproduktion von leichten und harten Plastik-Melamin-Geschirrteilen, die nicht sehr hitzebeständig sind.

Angewandte Chemie: Presseinfo 35/2017

Autor: Xinchen Wang, Fuzhou University (China), http://wanglab.fzu.edu.cn/html/XINCHENfhWANG/1.html

Link zum Originalbeitrag: https://doi.org/10.1002/ange.201705926

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Karin J. Schmitz | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neu entwickeltes Molekül bindet Stickstoff
23.02.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Hoffnung auf Therapie von Multipler Sklerose: Neuer Mechanismus entdeckt
23.02.2018 | Universität Innsbruck

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Im Focus: Developing reliable quantum computers

International research team makes important step on the path to solving certification problems

Quantum computers may one day solve algorithmic problems which even the biggest supercomputers today can’t manage. But how do you test a quantum computer to...

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Von Hefe für Demenzerkrankungen lernen

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Sektorenkopplung: Die Energiesysteme wachsen zusammen

22.02.2018 | Seminare Workshops

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics