Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Edelmetall-Katalysatoren sparsam auftragen

15.05.2019

Eine neue Methode, um seltene und teure Katalysatoren möglichst sparsam verwenden zu können, haben Forscherinnen und Forscher der Ruhr-Universität Bochum und des Fritz-Haber-Instituts Berlin entwickelt. Sie schlossen ein Edelmetallsalz in winzige Mizellen, also äußere Hüllen, ein und ließen diese auf einer Kohlenstoffelektrode einschlagen, wodurch die Oberfläche mit Nanopartikeln des enthaltenen Edelmetalls Gold beschichtet wurde. Gleichzeitig konnte das Team genau analysieren, wie viel des Metalls abgeschieden wurde.

Anschließend zeigten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass die so beschichtete Elektrode effizient die Sauerstoffreduktion katalysieren konnte, welche der limitierende chemische Prozess in Brennstoffzellen ist.


Diese Lösung enthält das Vorläufermaterial, aus dem die Forscherinnen und Forscher in elektrochemischen Experimenten winzige Goldpartikel herstellen.

© RUB, Marquard (Dieses Foto darf nur für eine Berichterstattung mit Bezug zur Ruhr-Universität Bochum im Kontext dieser Presseinformation verwendet werden.)


Kristina Tschulik und Mathies Evers entwickeln Methoden, um seltene und teure Edelmetall-Partikel möglichst ressourcenschonend als Katalysatoren nutzen zu können.

© RUB, Marquard (Dieses Foto darf nur für eine Berichterstattung mit Bezug zur Ruhr-Universität Bochum im Kontext dieser Presseinformation verwendet werden.)

Das Verfahren beschreibt das Team um Prof. Dr. Kristina Tschulik und Mathies Evers von der Bochumer Forschungsgruppe für Elektrochemie und Nanoskalige Materialien in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“, online vorab veröffentlicht am 11. April 2019.

Partikel von gleicher Größe herstellen

Die Gold-Nanopartikel stellte die Forschungsgruppe mithilfe von Mizellen her. Zunächst bestanden die Partikel aus einem Vorläufermaterial, nämlich Chlorgoldsäure, die in eine äußere Hülle aus einem Polymer eingepackt war. Der Vorteil: „Wenn wir Gold-Nanopartikel mithilfe von Mizellen herstellen, haben die Nanopartikel alle eine nahezu identische Größe“, sagt Kristina Tschulik, die Mitglied im Exzellenzcluster „Ruhr Explores Solvation“, kurz Resolv, ist.

Denn in die kleinen Mizellen passt nur eine bestimme Beladung des Vorläufermaterials, aus dem ein einzelnes Partikel mit einer bestimmten Größe entsteht. „Da unterschiedlich große Partikel unterschiedliche katalytische Eigenschaften besitzen, ist es wichtig, die Partikelgröße über die Beladungsmenge der Mizelle zu kontrollieren“, ergänzt Tschulik.

Gleichmäßige Beschichtung auch bei komplexen Oberflächen

Die zu beschichtende zylinderförmige Elektrode tauchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in eine Lösung mit den beladenen Mizellen ein und legten eine Spannung an der Elektrode an. Durch die zufällige Bewegung der Mizellen in der Lösung schlugen sie im Lauf der Zeit auf der Elektrodenoberfläche ein.

Dort platzte die äußere Hülle auf und die Gold-Ionen aus der Chlorgoldsäure reagierten zu elementarem Gold, welches an der Elektrodenoberfläche haften blieb. Und zwar in Form einer gleichförmigen Schicht aus Nanopartikeln. „Mit Standardmethoden lassen sich nur flache Substrate gleichmäßig beschichten“, erklärt Tschulik. „Mit unserem Verfahren können auch komplexe Oberflächen gleichmäßig mit einem Katalysator beladen werden.“

Abgeschiedene Menge genau kontrollierbar

Während die Gold-Ionen aus der Chlorgoldsäure zu elementarem Gold reagieren, fließen Elektronen. Den so entstehenden Stromfluss können die Chemikerinnen und Chemiker messen und daraus genau ableiten, wie viel Material beim Beschichten der Elektrode verbraucht wurde. Das Verfahren registriert dabei den Einschlag jedes einzelnen Partikels und auch dessen Größe.

Die mit dem neuen Verfahren beschichteten Elektroden testeten die Wissenschaftler erfolgreich für die Sauerstoffreduktionsreaktion. Sie erzielten dabei eine ebenso hohe Aktivität wie für nackte Goldnanopartikel, die ohne äußere Hülle aufgetragen wurden. Aufgrund der gleichmäßigen Beschichtung der Oberfläche beobachteten sie zudem schon bei elf Prozent Bedeckung eine fast ebenso hohe Reaktionsrate wie für vollständig mit Gold bedeckte Elektroden und massive Goldelektroden.

Förderung

Die Arbeiten wurden finanziell unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Exzellenzclusters Resolv (EXC 2033) und des Graduiertenkollegs GRK2376/331085229. Weitere Förderung kam vom Projekt „IMPRS-Surmat“, vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Projekts #03F0523C-CO2EKAT, dem Europäischen Forschungsrat (ERC-725915) und vom NRW-Rückkehrprogramm des Landes NRW.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Kristina Tschulik
Lehrstuhl für Analytische Chemie II
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 29433
E-Mail: nanoec@rub.de

Originalpublikation:

Mathies V. Evers, Miguel Bernal, Beatriz Roldan Cuenya, Kristina Tschulik: Constructive nano‐impacts – One by one synthesis of individual nanoparticles, in: Angewandte Chemie International Edition, 2019, DOI: 10.1002/anie.201813993

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Wie bioökonomisch optimierte Ressourcen- und Energiekreisläufe bei der Produktion nachhaltiger Lebensmittel helfen
14.02.2020 | Technische Universität Chemnitz

nachricht Von der Natur für die Creme-Dose: neues Verfahren aus dem LIKAT auf der Basis von Zuckerrohr
31.01.2020 | Leibniz-Institut für Katalyse e. V. an der Universität Rostock

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wiegende Halme auf der Handwerksmesse München

Talente-Sonderschau: Architekturstudenten der HTWK Leipzig zeigen filigrane Skulptur aus Strohhalmen – dahinter steckt eine Konstruktionsidee für organisch gekrümmte Fassaden

Swaying Straws (Wiegende Halme) heißt die Skulptur, die die zwei Architekturstudenten Fabian Eidner und Theodor Reinhardt von der Hochschule für Technik,...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten aktuellen Stand der Anwendung des Maschinenlernens bei Forschung an aktiven Materialien

Verfahren des Maschinenlernens haben durch die Verfügbarkeit von enormen Datenmengen in den vergangenen Jahren einen großen Zuwachs an Anwendungen in vielen Gebieten erfahren: vom Klassifizieren von Objekten, über die Analyse von Zeitreihen bis hin zur Kontrolle von Computerspielen und Fahrzeugen. In einem aktuellen Review in der Zeitschrift „Nature Machine Intelligence“ beleuchten Autoren der Universitäten Leipzig und Göteborg den aktuellen Stand der Anwendung und Anwendungsmöglichkeiten des Maschinenlernens im Bereich der Forschung an aktiven Materialien.

Als aktive Materialien bezeichnet man Systeme, die durch die Umwandlung von Energie angetrieben werden. Bestes Beispiel für aktive Materialien sind biologische...

Im Focus: Computersimulationen stellen bildlich dar, wie DNA erkannt wird, um Zellen in Stammzellen umzuwandeln

Forscher des Hubrecht-Instituts (KNAW - Niederlande) und des Max-Planck-Instituts in Münster haben entdeckt, wie ein essentielles Protein bei der Umwandlung von normalen adulten humanen Zellen in Stammzellen zur Aktivierung der genomischen DNA beiträgt. Ihre Ergebnisse werden im „Biophysical Journal“ veröffentlicht.

Die Identität einer Zelle wird dadurch bestimmt, ob die DNA zu einem beliebigen Zeitpunkt „gelesen“ oder „nicht gelesen“ wird. Die Signalisierung in der Zelle,...

Im Focus: Bayreuther Hochdruck-Forscher entdecken vielversprechendes Material für Informationstechnologien

Forscher der Universität Bayreuth haben ein ungewöhnliches Material entdeckt: Bei einer Abkühlung auf zwei Grad Celsius ändern sich seine Kristallstruktur und seine elektronischen Eigenschaften abrupt und signifikant. In diesem neuen Zustand lassen sich die Abstände zwischen Eisenatomen mithilfe von Lichtstrahlen gezielt verändern. Daraus ergeben sich hochinteressante Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Informationstechnologien. In der Zeitschrift „Angewandte Chemie – International Edition“ stellen die Wissenschaftler ihre Entdeckung vor. Die neuen Erkenntnisse sind aus einer engen Zusammenarbeit mit Partnereinrichtungen in Augsburg, Dresden, Hamburg und Moskau hervorgegangen.

Bei dem ungewöhnlichen Material handelt es sich um ein Eisenoxid mit der Zusammensetzung Fe₅O₆. In einem Hochdrucklabor des Bayerischen Geoinstituts (BGI),...

Im Focus: Von China an den Südpol: Mit vereinten Kräften dem Rätsel der Neutrinomassen auf der Spur

Studie von Mainzer Physikern zeigt: Experimente der nächsten Generation versprechen Antworten auf eine der aktuellsten Fragen der Neutrinophysik

Eine der spannendsten Herausforderungen der modernen Physik ist die Ordnung oder Hierarchie der Neutrinomassen. Eine aktuelle Studie, an der Physiker des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hate Speech bis KI: Online-Forscher_innen aus aller Welt treffen sich zur General Online Research an der HTW Berlin

28.02.2020 | Veranstaltungen

CLIMATE2020 – Weltweite Online-Klimakonferenz vom 23. bis 30. März 2020

26.02.2020 | Veranstaltungen

Automatisierung im Dienst des Menschen

25.02.2020 | Veranstaltungen

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

Asteroid in eiserner Rüstung

28.02.2020 | Geowissenschaften

Hate Speech bis KI: Online-Forscher_innen aus aller Welt treffen sich zur General Online Research an der HTW Berlin

28.02.2020 | Veranstaltungsnachrichten

UV-Licht gegen störenden Unterwasserbewuchs – Innovatives Antifouling-System des IOW jetzt reif für Serienproduktion

28.02.2020 | Energie und Elektrotechnik

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