05.05.2020 - Technische Universität München

Superatome als Katalysatoren

Prof. Roland Fischer erhält Reinhard Koselleck-Projektförderung der DFG

Edelmetalle wie Platin sind gute Katalysatoren, doch sie haben ihren Preis. Während die chemische Industrie deshalb versucht, immer kleinere Katalysatorpartikel herzustellen, verfolgt ein Team der Technischen Universität München (TUM) einen neuen Ansatz: Es baut Katalysatorpartikel zielgerichtet aus einzelnen Atomen auf. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt das innovative Vorhaben nun mit einer Reinhard Koselleck-Förderung in Höhe von 1,2 Millionen Euro.

Bei mehr als 60 Prozent aller Reaktionen in der Chemieindustrie ermöglichen erst Katalysatoren eine energie- und kosteneffiziente Umsetzung. Ohne die Edelmetalle der Platingruppe wären Abgaskatalysatoren für unsere Autos nicht denkbar. Auch Brennstoffzellen-Antriebe benötigen derzeit noch teure Platinkatalysatoren.

Da nur die Atome an der Oberfläche aktiv an Reaktionen teilnehmen können, versucht die Industrie, Platin durch andere Metalle zu ersetzen oder immer kleinere Katalysatorpartikel herzustellen. Ein Platinpartikel mit einem Nanometer Durchmesser besteht dabei aus nur noch 40 Atomen.

Einen neuen Weg beschreitet nun ein Reinhard Koselleck-Projekt von Prof. Roland Fischer: Fischer und seinem Team ist es gelungen, Partikel aufzubauen, die im Wesentlichen aus 43 Kupfer- und 12 Aluminiumatomen besteht. Das von der DFG mit 1,2 Millionen Euro geförderte Forschungsprojekt soll nun zeigen, wie man solche „Superatome“ genannten Teilchen systematisch herstellen kann.

„Lebende Bibliotheken“

„Unsere bisherige Forschung hat bereits gezeigt, dass der Weg zu solchen Superatomen über eine Vielzahl mehr oder weniger stabiler Zwischenprodukte führt“, sagt Roland Fischer, Professor für Anorganische und Metallorganische Chemie an der TU München. „Im Rahmen unseres neuen Projekts wollen wir erforschen, wie wir die Reaktions-Netzwerke von Bildungs-, Wachstums- und Abbaureaktionen gezielt steuern können.“

Das Besondere am Ansatz der Garchinger Wissenschaftler ist, dass sie ganze „Bibliotheken“ von Superatomen erzeugen wollen. Mittels modernster Massenspektrometrie und in Kombination mit theoretischer Modellierung sollen diese dann parallel untersucht werden.

Die aufgrund der Analogie zu Weinreben „Cluster“ genannten Partikel können dabei sogar aus sehr verschiedenen Metallen aufgebaut sein, wie das Beispiel des 55-atomigen Kupfer/Aluminium-Clusters zeigt. „Hier öffnen wir die Tür zu einem gezielten Aufbau von Katalysatoren, wie er bisher undenkbar war“, sagt Fischer. „Gemischt-metallische Katalysatoren mit Platin und anderen Metallen beispielsweise könnten für die Brennstoffzellen-Technologie einen wichtigen Fortschritt bringen: Jedes Platinatom würde dann genutzt.“

Lokale und globale Vernetzung

Angesiedelt wird das Reinhard Koselleck-Projekt im TUM Zentrum für Katalyseforschung, dessen Direktor Prof. Fischer ist. Auch befruchtet das Forschungsvorhaben die Grundlagenarbeiten im Exzellenzcluster e-conversion an der TUM.

Darüber hinaus ist das Projekt in die TUM Global Strategie eingebettet: Gefördert vom TUM Global Incentive Fund, kooperiert das Team mit der Theorie-Arbeitsgruppe von Prof. Juarez L. F. Da Silva an der Universität São Paulo.

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