Die Suche nach der perfekten Struktur

ERC Advanced Grant für FAU-Forscher Prof. Dr. Patrik Schmuki

05.09.2013 - Deutschland

In seinen wenigen freien Stunden mag Science-Fiction-Fan Patrik Schmuki schon mal mit dem Gedanken an eine Zeitmaschine oder ein Elixier für ewiges Leben spielen. Als Professor der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) widmet er sich jedoch viel lieber Dingen, die zwar mit dem bloßen Auge nicht zu sehen, dafür aber höchst konkret sind: Materialien und Strukturen im Nanobereich. Für sein neuestes Forschungsvorhaben hat der Werkstoffwissenschaftler einen mit 2,5 Millionen Euro dotierten Advanced Grant des Europäischen Forschungsrates (ERC) erhalten.

In den kommenden fünf Jahren will Schmuki mit seiner Forschergruppe an einem speziellen Katalysator arbeiten, der hilft, entweder aus Wasser oder aus chemischen Abfallprodukten von Kohlenwasserstoffen und unter Einsatz von Sonnenlicht kostengünstig wertvollen Wasserstoff zu erzeugen. Der Vorteil von Photokatalysatoren ist, dass Licht und Wasser direkt zu Wasserstoff umgewandelt werden – im Vergleich zu anderen Techniken kommt es zu wesentlich geringeren Übertragungsverlusten und es wird massiv Material eingespart. Dadurch könnten bei der Wasserstofferzeugung bis zu 90 Prozent der Kosten wegfallen – ein wichtiger Schritt, um die Technologie für den breiten Einsatz interessant zu machen.

Derzeit arbeiten Wissenschaftler weltweit daran, Verluste zu reduzieren, die an den Grenzflächen zwischen dem Katalysator und Wasser bzw. der Chemikalie entstehen. Dafür beschäftigen sie sich mit den Materialien und ihren Strukturen im Bereich weniger Nanometer. Besonders effizient sind Oberflächen, die sehr geordnet aufgebaut sind. Seit kurzem nutzen Wissenschaftler dafür Prozesse, bei denen sich die einzelnen Atome und Moleküle scheinbar wie von selbst zu regelmäßigen Mustern, Strukturen und Formen zusammenfügen. Vorbild für diese Prozesse ist die Natur: Zwar sind dort viele ungeordnete Gebilde zu finden, jedoch ergeben sich gelegentlich und unter speziellen Bedingungen nanoskopische Strukturen mit einem extrem hohen Ordnungsgrad. In dem nun geförderten Projekt will Schmuki zwei ungewöhnliche Prozesse überlagern, um so – völlig selbstorganisiert – einen Photokatalysator mit völlig neuen Materialstrukturen und -eigenschaften zu erhalten. Dieser soll dann um ein Vielfaches effizienter, haltbarer und insgesamt günstiger sein als bestehende Ansätze.

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