Neuartige Goldkatalysatoren machen Oxidation von Methanol effektiver und umweltfreundlicher Goldschwämme machen Chemie „grüner“ - scinexx | Das Wissensmagazin
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Neuartige Goldkatalysatoren machen Oxidation von Methanol effektiver und umweltfreundlicher

Goldschwämme machen Chemie „grüner“

Rasterelektonenmikroskopische (REM) Aufnahme von nanoporösem Gold. Die poröse Struktur des Materials ist im Bereich weniger zehn Nanometer und erstreckt sich homogen von der äußeren Oberfläche bis in das innere Volumen. Reaktanden durchströmen das Porenvolumen und erreichen somit die innere Oberfläche des Materials. Oben rechts: Schematische Darstellung der von den Reaktanden durchströmten Porenstruktur des nanoporösen Goldes. © Universität Bremen

Mit winzigen Goldschwämmen anstatt wie bisher mit Nanopartikeln aus Gold, gelang es einem amerikanisch-deutschen Forscherteam, die Methanoloxidation bedeutend effektiver und umweltfreundlicher ablaufen zu lassen als bisher. Der neue Katalysator bedeute auch einen Schritt in Richtung auf eine „grünere Chemie“, so die Forscher in „Science“.

Die zunehmende weltweite Verknappung von Rohstoffen und Energie stellt große Herausforderungen dar. „Grüne Chemie“ wird deshalb seit Jahren in Industrie und Forschung immer wichtiger. Neue umweltverträgliche und ressourcenschonende, „grüne“ Verfahren müssen entwickelt werden. Eine besondere Aufgabe kommt hierbei der Katalyse zu. Das Ziel der Katalyse ist die gezielte Steuerung einer chemischen Umsetzung bei geringem Einsatz von Ressourcen und Energie.

Schwamm statt massiven Partikeln

Wissenschaftlern der Universität Bremen gelang in Zusammenarbeit mit amerikanischen Forscher der Harvard University und dem Lawrence Livermore Laboratory ein entscheidender Durchbruch bei der katalytischen Oxidation von Methanol. Anstatt der für die Katalyse mit Gold bislang als unerlässlich angesehenen Nanopartikel aus Gold nutzten die Forscher Gold-Schwämme. Durch sein Herstellungsverfahren ist dieses zu über 99 Prozent aus reinem Gold bestehende Material stark porös und besitzt eine selbsttragende schwammartige Struktur mit Poren im zweistelligen Nanometerbereich.

Keine unerwünschten Nebenprodukte

In diesem Forschungsprojekt gelang es nun, Methanol, das in der Industrie als ein zentraler Ausgangsstoff für eine große Vielzahl von Chemikalien dient, mit Hilfe des neuartigen Goldkatalysators bei geringem Energieeinsatz und ohne die Umwelt belastende Nebenprodukte zum Methylformiat zu oxidieren. Dies gelang bereits bei Temperaturen von 20 °C mit nahezu 100 prozentiger Selektivität – also ohne unerwünschte Nebenprodukte.

Dieses Produkt dient hauptsächlich als Vorstufe zur Produktion von Methansäure, darüber hinaus ergeben sich jedoch eine Reihe weiterer Anwendungen. Beispielsweise wird Methylformiat zunehmend als gut umweltverträgliches Treibmittel oder Lösungsmittel in Lacken eingesetzt. Als Oxidationsmittel diente einfacher Luftsauerstoff. Auf den Einsatz von umweltschädlichen Co-Katalysatoren wie Basen konnte komplett verzichtet werden. Der Einsatz von Gold wird somit zu einem wichtigen Schritt in Richtung auf eine „grünere“ Chemie.

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(Universität Bremen, 19.01.2010 – NPO)

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