29.04.2011 - Angewandte Chemie

2-D schlägt 3-D

Ceroxid in Plättchenform speichert mehr Sauerstoff als nanokristalline Form

Dreidimensional ist nicht zwangsläufig besser als zweidimensional. Jedenfalls nicht, wenn es um Ceroxid geht. Ceroxid ist ein wichtiges Katalysatormaterial. Wegen seiner hervorragenden Fähigkeit, Sauerstoff zu speichern und wieder abzugeben, wird es vor allem bei Oxidationsreaktionen verwendet. Christopher B. Murray und ein Team von der University of Pennsylvania haben eine einfache Methode entwickelt, mit der sich Ceroxid in Form von Nanoplättchen herstellen lässt. Wie die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, erwiesen sich diese im Vergleich zu konventionellen dreidimensionalen Nanopartikeln als die besseren Sauerstoffspeicher.

Im Abgaskatalysator unserer Autos hilft Ceroxid, Kohlenwasserstoffspitzen auszugleichen. Ceroxid kann z.B. auch beim Entfernen von Ruß aus Dieselabgasen und von organischen Verbindungen aus Abwässern eingesetzt werden. In Brennstoffzellen kommt es als fester Elektrolyt zum Einsatz. Cer, ein Metall aus der Gruppe der seltenen Erden, kann leicht zwischen zwei verschiedenen Oxidationszuständen (+IV und +III) wechseln, entsprechend reibungslos läuft ein Wechsel zwischen CeO2 und Materialien mit geringerem Sauerstoffgehalt. Dies macht Ceroxid zu einem idealen Sauerstoffspeicher.

Ceroxid kann in Form verschiedener Nanomaterialien hergestellt werden. Fast alle beschriebenen Formen waren bisher dreidimensional. Das Team um Murray hat nun eine bequeme Methode für die Synthese zweidimensionaler Nanoplättchen entwickelt. Die Synthesemethode beruht auf einer thermischen Zersetzung von Ceracetat bei 320 bis 330 °C. Ganz entscheidend für den Erfolg ist die Anwesenheit eines Mineralisierungsmittels, das den Kristallisationsprozess beschleunigt und die Morphologie kontrolliert. In Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen erhielten die Forscher 2 nm dünne quadratische Plättchen mit etwa 12 nm Kantenlänge oder längliche mit Maßen von etwa 14 x 152 nm.

Für einen Vergleich der Sauerstoffspeicherfähigkeit der verschiedenen Ceroxid-Varianten etablierten die Forscher eine sehr einfache thermogravimetrische Methode: Sie setzen die Proben alternierend Sauerstoff und Wasserstoff aus und registrieren die Massenänderung, die der Sauerstoffaufnahme bzw. -abgabe entspricht. Die Nanoplättchen erwiesen sich gegenüber den konventionellen dreidimensionalen Nanopartikeln als deutlich überlegen und zeigen etwa die drei- bzw. vierfache Sauerstoffspeicherkapazität. Die Plättchen haben ein höheres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen als die dreidimensionalen Partikel. Eine Bindung des Sauerstoffs allein an der Oberfläche erklärt die so viel höhere Sauerstoffaufnahme aber nicht, es muss definitiv eine Aufnahme ins Innere der Plättchen erfolgen. Bei einem Ceroxid-Kristall sind nicht alle Oberflächen gleich gut für die Aufnahme und Abgabe von Sauerstoff geeignet. Wie sich zeigte, sind die Oberflächen der Plättchen genau die richtigen dafür.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über Angewandte Chemie
  • News

    Für bakterienfreies Trinkwasser

    Bakterienverseuchtes Wasser ist eine ernsthafte weltweite Bedrohung für die Gesundheit. Ein chinesisches Forschungsteam beschreibt eine neue einfache Desinfektionsmethode in der Zeitschrift Angewandte Chemie. Sie basiert auf winzigen biokompatiblen Atomansammlungen, sogenannten Quantenpunkt ... mehr

    Aus Kraft-Lignin wird Vanillin

    Bei der Zellstoffproduktion fallen große Mengen an technischem Lignin an, das schwer verarbeitbar ist und daher meistens einfach als Brennstoff genutzt wird. Eine Forschungsgruppe berichtet nun in der Zeitschrift Angewandte Chemie, wie aus diesem Rohstoff, dem sogenannten Kraft-Lignin, der ... mehr

    Ein Material aus zwei Welten: Polymere mit Metall-Rückgrat

    In der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet ein chinesisches Forschungsteam jetzt über ein Polymer mit einem metallischen Rückgrat, das leitfähig sowie thermisch stabil ist und interessante opto-elektronische Eigenschaften zeigt. Aufgrund der verschiedenen elektronischen Strukturen von M ... mehr

Mehr über University of Pennsylvania
  • News

    Entstehung von Smog

    Industriedunst oder Smog bildet sich, wenn ein Cocktail von Industrieabgasen zu aggressiven, Feinstäuben oxidiert wird, die das Sonnenlicht verdunkeln. Treibende Kraft sind Hydroxylradikale – und für deren Bildung hat nun ein Forschungsteam eine neue Quelle gefunden. Der neu entdeckte Entst ... mehr

    Ultradünne und ultraleichte "Nanokartonagen"

    Bei der Auswahl von Materialien für die Herstellung von Produkten müssen Kompromisse zwischen einer Vielzahl von Eigenschaften wie Dicke, Steifigkeit und Gewicht eingegangen werden. Je nach Anwendung ist die richtige Balance der Unterschied zwischen Erfolg und Misserfolg.Jetzt hat ein Team ... mehr

    Ausgelaugt: Einfaches Trennverfahren für Neodym und Dysprosium

    Seltene Erden sind entscheidende Komponenten elektronischer Bauteile und von Permanentmagneten. Das Recycling von Konsumgütern wäre eine vielversprechende Quelle für diese knappen Rohstoffe. Amerikanische Wissenschaftler stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt eine einfache Metho ... mehr