Bessere Katalysatoren mit kantigen Nanoteilchen

Viele Flächen verbessern Eigenschaften von Platin-Kats

Xiamen (China)/Atlanta (USA) - Effiziente Katalysatoren bilden die Schlüssel zu rund 80 Prozent aller Produkte, die uns im Alltag umgeben. Das Edelmetall Platin nimmt bei der Abgasbehandlung und dem Gewinnen von Wasserstoff eine zentrale Rolle ein. Amerikanische Materialforscher haben nun einen Weg gefunden, um die Reaktivität des Metalls als Katalysator um das bis zu Vierfache steigern zu können. Wie sie in der Zeitschrift "Science" berichten, sind dafür ungewohnt viele Flächen auf den winzigen Platin-Partikel verantwortlich.

"Wenn wir in Zukunft eine Wasserstoff-Wirtschaft haben wollen, brauchen wir bessere Katalysatoren", sagt Zhong Lin Wang vom Georgia Institute of Technology in Atlanta. Zusammen mit chinesischen Kollegen von der Xiamen Universität züchteten sie Platinkristalle mit bisher unbekannten Strukturen. Die nur rund 100 Nanometer kleinen Metallpartikel in der so genannten Tetrahexahedral-Struktur wiesen bis zu 24 Teilflächen auf. Bisher hatten Platinkristalle nur sechs bis zwölf Flächen.

"Dieses neue Aussehen der Platin-Nanopartikel verbessert deren Aktivität sehr gut", sagt Wang. In ersten Versuchen bewiesen die bis etwa 800 Grad Celsius stabilen Platinkristalle ihre erhöhte Aktivität. Sowohl Ameisensäure als auch Ethanol konnte bis zu 400 Prozent besser oxidiert werden als bei der Verwendung der größeren Platin-Nanokugeln. Für dieses Verhalten machen die Forscher die höhere Anzahl von atomaren Kanten verantwortlich, an denen die Chemikalien für die Katalyse-Reaktion andocken können. Diese Verbesserung bezieht sich bisher allerdings nur auf die aktivieren Oberflächenbereichen. Bezogen auf ihr Gesamtgewicht hinken die neuen Katalysatoren den bewährten noch deutlich hinterher.

Diese Hürde wollen Wang und Kollegen aber bald mit der Aufzucht von noch kleineren, unter zehn Nanometer messenden Platinkristallen überwinden. Danach stünde einer breiten, effektiveren Anwendung in der chemischen Industrie und bei der Behandlung von Abgasen nichts mehr im Wege.