Neben Stick- und Schwefeloxiden tragen auch viele flüchtige organische Verbindungen (VOC) in der Luft zu Smog sowie erhöhten Ozon-Werten bei und können der menschlichen Gesundheit schaden. Wissenschaftler haben jetzt ein Material entwickelt, das diese VOCs effektiv aus der Luft entfernen und zersetzen kann: Mit Goldnanopartikeln garniertes poröses Manganoxid.
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Die meisten der heutigen Abgasreinigungssysteme basieren auf Photokatalysatoren, Adsorbentien wie Aktivkohle oder einer so genannten Ozonolyse. Diese klassischen Systeme bauen organische Schadstoffe bei Raumtemperatur jedoch nicht besonders gut ab.
Das Material der japanischen Forscher befreit die Luft nun bereits bei diesen Werten sehr effektiv von VOCs sowie Stick- und Schwefeloxiden. Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, handelt es sich dabei um ein stark poröses Manganoxid, in das Goldnanopartikel regelrecht eingewachsen sind.
Erste Tests erfolgreich
Um die Leistungsfähigkeit ihres neuen Katalysators zu belegen, führte das Team um Anil K. Sinha von den Toyota Central R&D Labs Tests mit Acetaldehyd, Toluol und Hexan durch, drei Hauptkomponenten organischer Luftverschmutzungen, die sowohl in Innenräumen als auch im Freien eine Rolle spielen. Alle drei Schadstoffe wurden sehr effektiv aus der Luft entfernt und am Katalysator abgebaut – deutlich besser als durch konventionelle Katalysatorsysteme.
Erfolgsgeheimnis des neuen Materials ist zum einen die extrem hohe innere Oberfläche des porösen Manganoxids – höher als bei allen bisher bekannten Manganoxid-Materialien. Sie bietet den flüchtigen Molekülen eine große Zahl an Adsorptionsplätzen. Zum anderen werden die adsorbierten Schadstoffe sehr effektiv abgebaut. Offenbar steht Sauerstoff aus dem Manganoxid-Gitter für Oxidationsprozesse zur Verfügung.
Der Abbau an der Oberfläche verläuft sehr effektiv, da freie Radikale an der Oberfläche vorhanden sind. Vermutlich dissoziiert Sauerstoff der Luft an der Goldoberfläche und kann von dort die freien Gitterplätze wieder auffüllen.
Goldpartikel dringen tief in die Oberfläche ein
Dieser Prozess funktioniert nur, wenn das Material auf eine ganz bestimmte Weise hergestellt wird: Das Gold muss mit Hilfe der so genannten Vakuum-UV-Laserablation auf dem Manganoxid abgeschieden werden. Bei dieser Methode wird eine Goldoberfläche mit einem speziellen Laser bestrahlt, der Goldpartikel durch Verdampfen abträgt.
Diese Goldpartikel haben eine außergewöhnlich hohe Energie, die sie vergleichsweise tief in die Oberfläche des Manganoxids eindringen lässt. Nur so können der Manganoxid-Träger und die winzigen Goldklümpchen in ausreichend starke Wechselwirkungen miteinander treten.
(idw – Gesellschaft Deutscher Chemiker, 03.04.2007 – DLO)
