Die Ein-Topf-Methode für Nanosheets als Katalysator einer grünen Energierevolution
Eine Forschungsgruppe des Institute for Future Materials and Systems an der Universität Nagoya in Japan hat eine neue "Ein-Topf"-Methode zur Herstellung von Nanosheets mit weniger seltenen Metallen entwickelt. Ihre Entdeckung dürfte dazu beitragen, dass der Prozess der Energiegewinnung umweltfreundlicher wird. Die Studie wurde in der Zeitschrift ACS Nano veröffentlicht.
Die "Ein-Topf"-Nanoblech-Methode als Katalysator einer grünen Energierevolution
Minoru Osada
Die Erzeugung sauberer Energie ist wichtig, denn sie trägt zur Verringerung der globalen Erwärmung und zum Aufbau einer kohlenstoffneutralen Gesellschaft bei. Eine potenzielle Quelle für saubere Energie sind Wasserstoffkatalysatoren, wie z. B. Palladium (Pd). Die Industrie verwendet Pd in der Elektrolyse, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu trennen. Anschließend wird der Wasserstoff in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung verwendet. Das einzige Nebenprodukt ist Wasser.
Pd wird üblicherweise in Form von kugelförmigen "Nanopartikeln" als Katalysator verwendet. Eine flachere, dünnere Oberfläche würde jedoch weniger Edelmetalle verbrauchen und die verfügbare Oberfläche für die Reaktion vergrößern.
Minoru Osada von der Universität Nagoya und seine Forschungsgruppe haben eine neue Methode zur Herstellung von Pd-Nanosheets entwickelt. Sie nannten es die "One-Pot"-Methode, weil es in einer einzigen Glasflasche durchgeführt werden kann. Die resultierenden Schichten waren so dünn (1~2 nm), dass sie mit der Größe eines einzelnen Moleküls oder DNA-Strangs verglichen werden können.
Osada: "Unsere neu entwickelte Methode ist ein sicheres, einfaches und energiesparendes Verfahren. Die Nanosheets können bei einer niedrigen Temperatur von 75 °C in einer einzigen Stunde und ohne spezielles Reaktionsgefäß synthetisiert werden. Während die herkömmliche Synthesemethode Schwierigkeiten hat, Nanosheets mit gleichmäßiger Dicke und Größe zu synthetisieren, ist dies mit unserer "One-Pot"-Methode problemlos möglich."
Diese Nanosheets bieten große Verbesserungen gegenüber der bestehenden Technologie. "Unsere 2D-Nanosheets haben aufgrund ihrer blattartigen Form eine 2,8-mal größere Oberfläche als kugelförmige Nanopartikel", so Osada. "Sie hatten in Leistungstests eine mehr als doppelt so hohe katalytische Aktivität wie die derzeitige Generation von Wasserstoffentwicklungskatalysatoren."
Da Wasserstoffreaktionen für viele Industriezweige wichtig sind, verspricht diese Forschung eine transformative Wirkung zu haben. Osada äußerte die Hoffnung, dass die neuen Pd-Nanosheets nicht nur im Bereich der erneuerbaren Energien, sondern auch in einer Vielzahl von Industriezweigen eingesetzt werden könnten. "Bisher wurden Pd-Nanopartikel in großem Umfang als wichtige Katalysatoren für verschiedene chemische Reaktionen eingesetzt, von der Gasreinigung bis zur pharmazeutischen Synthese. Pd-Nanobleche könnten herkömmliche Pd-Katalysatoren ersetzen und diese Prozesse revolutionieren."
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