Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher entdecken spektakuläre Vielfalt nanoporöser Kristalle

05.01.2016

Wissenschaftler der Freien Universität Brüssel und der Universität Leipzig haben bisher unbekannte Mechanismen des Molekültransportes in nanoporösen Materialien entdeckt. Sie widerlegten damit eine über Jahrzehnte unwidersprochene Annahme, indem sie zeigten, dass sich jedes einzelne nanoporöse Kristall sehr unterschiedlich verhalten kann. Diese Entdeckung führt zu einer radikalen Wende in der Erforschung des Gebietes. Bisher waren die Forscher von der falschen Annahme annähernder Gleichheit im Verhalten der einzelnen Kristalle ausgegangen. Ihre neuen Erkenntnisse veröffentlichten sie kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift "Nature Materials".

Nanoporöse Materialien, wie zum Beispiel Zeolithe oder metall-organische Gerüstverbindungen, enthalten Poren mit Durchmessern von weniger als einem Millionstel eines Millimeters, in denen Moleküle gespeichert oder in andere Moleküle umgewandelt werden können.

Sie sind für unsere Gesellschaft von großer Bedeutung und finden vielfältige Anwendungen, etwa als umweltfreundliche Katalysatoren zur Beschleunigung der chemischen Umwandlung von Molekülen in technisch wertvolle Endprodukte und als molekulare "Schwämme" zur Reinigung von Gasen und Flüssigkeiten, zur Aufnahme von Kohlendioxid oder für medizinische Anwendungen.

Die Entwicklung und weitere Verbesserung solcher Anwendungen hängt entscheidend vom Verständnis der Mechanismen des Molekültransportes in den Nanoporen ab. So wird zum Beispiel die Geschwindigkeit chemischer Umwandlungen in den Nanoporen ganz wesentlich von der Transportgeschwindigkeit bestimmt.

Da nanoporöse Kristalle aus identischen Bausteinen zusammengesetzt sind, haben die Forscher bisher angenommen, dass die Mechanismen und die Geschwindigkeit des Molekültransports für die verschiedenen Kristalle ein und derselben Familie identisch sind.

In ihren Untersuchungen zur Gewinnung von Bio-Alkoholen als Alternative für Erdöl-Folgeprodukte arbeitete das belgische Forscherteam um Prof. Joeri Denayer und Dr. Julien Cousin-Saint-Remi (Freie Universität Brüssel) mit den Physiker-Kollegen der Universität Leipzig um Prof. Dr. Jörg Kärger und Prof. Dr. Jürgen Haase zusammen. Sie wollten grundlegende Einsicht in die Transportmechanismen von Alkohol-Molekülen in nanoporösen Festkörpern gewinnen.

Durch den Einsatz hochentwickelter Techniken der Mikro-Bildgebung, wie sie von den Leipziger Physikern um Kärger und Haase entwickelt wurden, konnte auf diesem Wege nachgewiesen werden, dass sich bei scheinbar identischen Kristallen die Transportgeschwindigkeiten um Größenordnungen unterscheiden können.

Diese Beobachtung lässt nicht nur die gegensätzlichen, einander oft widersprechenden Ergebnisse, von denen in der Vergangenheit berichtet wurde, in einem völlig anderen Licht erscheinen. Sie ist auch für die Entwicklung effizienterer chemischer Prozesse von großer Bedeutung.

"Die klassischen Methoden zur Untersuchung des Molekültransports gestatten es lediglich, das Transportverhalten gemittelt über viele Kristalle zu betrachten. Das kann aber zu völlig falschen Schlussfolgerungen in Hinblick auf die tatsächlich vorherrschenden Transportmechanismen und die ihnen zugrunde liegenden Materialeigenschaften führen", erklärt Kärger.

Die Ergebnisse dieser Zusammenarbeit helfen so anderen Forschern, die Diffusionsmechanismen in nanoporösen Materialien besser zu verstehen. Die detailgetreue Erforschung einzelner Kristalle ist somit ein wichtiger Beitrag zur Entwicklung neuer und besserer Materialien.

Originaltitel der Veröffentlichung in "Nature Materials": "The role of crystal diversity in understanding mass transfer in nanoporous materials" (Die Rolle der Kristall-Diversität zum Verständnis des Massentransports in nanoporösen Materialien) doi:10.1038/nmat4510

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Jörg Kärger
Institut für Experimentelle Physik I
Telefon: +49 341 97-32502
E-Mail: kaerger@physik.uni-leipzig.de


Prof. Dr. Jürgen Haase
Institut für Experimentelle Physik II
Telefon: +49 341 97-32601
E-Mail: j.haase@physik.uni-leipzig.de


Dr. Julien Cousin-Saint-Remi
Freie Universität Brüssel
Telefon: +32 2 629 33 18
E-Mail: jcousins@vub.ac.be

Weitere Informationen:

http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4510.html

Susann Huster | Universität Leipzig
Weitere Informationen:
http://www.uni-leipzig.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten
21.08.2017 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

nachricht Ein Hauch von Galaxien im Zentrum eines gigantischen Galaxienhaufens
21.08.2017 | Universität Heidelberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Körperenergie als Stromquelle

22.08.2017 | Energie und Elektrotechnik

Ein Quantenlineal für Biomoleküle

22.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Prostatakrebs: Bluttest sagt Tumorresistenz vorher

22.08.2017 | Biowissenschaften Chemie