TUM-Chemiker machen richtungsweisende Entdeckung in der Nanokatalyse
Kleinster Goldkatalysator gefunden
01.02.2005, Press releases
Ein Forscherteam am Lehrstuhl für Physikalische Chemie der TU München (Prof. Ulrich Heiz) entdeckte den bisher kleinsten aktiven Goldkatalysator, der aus nur acht Goldatomen (Au8) besteht. In enger Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern am Georgia Institute of Technology, Atlanta, USA, wiesen sie nach, dass nicht nur seine elementare Zusammensetzung, sondern auch die Größe und vor allem sein Ladungszustand für die Katalyse entscheidend ist. Über diese Forschungsergebnisse wurde kürzlich im Wissenschaftsjournal „Science“ berichtet. *)
Die Wissenschaftler untersuchten Goldcluster im Nanogrößenbereich und
deponierten sie auf einer Magnesiumoxidoberfläche. Man beobachtete, wie
das inerte, also sehr reaktionsträge Edelmetall mit einem Mal
katalytisch hoch aktiv reagierte: Kleine Mengen des giftigen
Kohlenmonoxids oxidierten in Verbindung mit Sauerstoff zu
Kohlenstoffdioxid. Um eine katalytische Reaktion zu stimulieren, spielt
neben der Clustergröße auch der Transfer einer elektrischen Ladung in
den Cluster hinein eine entscheidende Rolle. Hierdurch wird das
Oxidationsmittel O2 aktiviert. Auffallend war, dass diese
Oxidationsreaktion schon bei sehr tiefen Temperaturen von wenigstens
–70 Grad Celsius abläuft.
Das Verfahren der Katalyse hat für nahezu alle Industriezweige hohe
Bedeutung. Chemische Reaktionen sind dadurch steuerbar und Chemikalien
und Materialien lassen sich ganz gezielt für die unterschiedlichsten
Anwendungen synthetisieren. Dies wiederum ist z.B. wichtig in der
Entwicklung neuer Technologien wie auch im effizienten und Ressourcen
schonenden Erschließen von Rohstoffen. Wegen seines inerten Charakters
konnte das Edelmetall Gold bislang allerdings nicht als Katalysator
eingesetzt werden. So glänzt Gold ein Leben lang, ganz im Gegensatz zu
den Elementen Silber und Kupfer, die beide mit Sauerstoff reagieren und
sich mit der Zeit verfärben.
Noch ist offen, wie man solche Goldclusterkatalysatoren im
industriellen Bereich künftig einmal nutzen wird. Im Bereich der
Grundlagenforschung sind diese Forschungsergebnisse jedoch als ein sehr
wichtiger Schritt zu bewerten.
(*) Bokwon Yoon, Hannu Häkkinen, Uzi Landman, A. Wörz, Jean-Marie
Antonietti, Stéphane Abbet, Ken Judai, Ueli Heiz, Science 307 (2005) S.
403-407.