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 Nesseltiere steuern Bakterien fern
21.09.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Die Immunabwehr gegen Pilzinfektionen ausrichten
21.09.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

23. Baltic Sea Forum am 11. und 12. Oktober nimmt Wirtschaftspartner Finnland in den Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

6. Stralsunder IT-Sicherheitskonferenz im Zeichen von Smart Home

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

OLED auf hauchdünnem Edelstahl

21.09.2017 | Messenachrichten

Weniger (Flug-)Lärm dank Mathematik

21.09.2017 | Physik Astronomie

In Zeiten des Klimawandels: Was die Farbe eines Sees über seinen Zustand verrät

21.09.2017 | Geowissenschaften