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Nanokatalyse: TUM-Chemiker finden kleinster Goldkatalysator

08.02.2005

Ein Forscherteam TU München entdeckte den bisher kleinsten aktiven Goldkatalysator, der aus nur acht Goldatomen (Au8) besteht. In enger Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern am Georgia Institute of Technology wiesen sie nach, dass nicht nur seine elementare Zusammensetzung, sondern auch die Größe und vor allem sein Ladungszustand für die Katalyse entscheidend ist.

Die Wissenschaftler untersuchten Goldcluster im Nanogrößenbereich und deponierten sie auf einer Magnesiumoxidoberfläche. Man beobachtete, wie das inerte, also sehr reaktionsträge Edelmetall mit einem Mal katalytisch hoch aktiv reagierte: Kleine Mengen des giftigen Kohlenmonoxids oxidierten in Verbindung mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Um eine katalytische Reaktion zu stimulieren, spielt neben der Clustergröße auch der Transfer einer elektrischen Ladung in den Cluster hinein eine entscheidende Rolle. Hierdurch wird das Oxidationsmittel O2 aktiviert. Auffallend war, dass diese Oxidationsreaktion schon bei sehr tiefen Temperaturen von wenigstens -70 Grad Celsius abläuft.

Das Verfahren der Katalyse hat für nahezu alle Industriezweige hohe Bedeutung. Chemische Reaktionen sind dadurch steuerbar und Chemikalien und Materialien lassen sich ganz gezielt für die unterschiedlichsten Anwendungen synthetisieren. Dies wiederum ist z.B. wichtig in der Entwicklung neuer Technologien wie auch im effizienten und Ressourcen schonenden Erschließen von Rohstoffen. Wegen seines inerten Charakters konnte das Edelmetall Gold bislang allerdings nicht als Katalysator eingesetzt werden. So glänzt Gold ein Leben lang, ganz im Gegensatz zu den Elementen Silber und Kupfer, die beide mit Sauerstoff reagieren und sich mit der Zeit verfärben.

Noch ist offen, wie man solche Goldclusterkatalysatoren im industriellen Bereich künftig einmal nutzen wird. Im Bereich der Grundlagenforschung sind diese Forschungsergebnisse jedoch als ein sehr wichtiger Schritt zu bewerten.

Originalveröffentlichung: Bokwon Yoon, Hannu Häkkinen, Uzi Landman, A. Wörz, Jean-Marie Antonietti, Stéphane Abbet, Ken Judai, Ueli Heiz, Science 2005, 307, 403-407.

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