Nanonetzwerke für Wasserstoff-Reaktoren

Forscher züchten erstmals eine weit verzweigte Struktur aus millionstel Millimeter dünnen Metall-Halbleiter-Drähten

Nanonetz
Nanonetz

Boston (USA)/Mülheim an der Ruhr - Wie die Äste eines Baumes verzweigen sich winzige Nanodrähte aus einer Titan-Silizium-Verbindung. Mit solchen strukturierten Netzwerken könnten in Zukunft Reaktoren zur Wasserstoffgewinnung direkt aus Wasser, aber auch günstige Solarzellen und elektrische Kontakte für Nanochips hergestellt werden. Über die erfolgreiche Synthese dieser Nanonetzwerke berichten amerikanische Wissenschaftler in der renommierten Fachzeitschrift "Angewandte Chemie".

"Wir wollten erstmals Nanostrukturen produzieren, die eine relativ große Oberfläche bedecken", sagt Dunwei Wang vom Boston College. Dazu verdampften die Chemiker die Materialien Titan und Silizium. An winzigen Katalysatoren setzten sich die Atome ab und bildeten nach und nach ein filigranes Netzwerk aus Titandisilizid-Drähten. Solche Metall-Halbleiter-Verbindungen werden für den Aufbau von mikroelektronischen Schaltkreise verwendet, die mit stabilen Nanostrukturen weiter schrumpfen könnten.

Bedeutender könnte jedoch die Anwendung solcher Titandisilizid-Nanonetzwerke auf dem Weg zu einer sauberen und effizienten Gewinnung von Wasserstoff werden. Denn erst vor gut einem Jahr zeigten Martin Demuth und seine Kollegen vom Max-Planck-Institut für Bioanorganische Chemie in Mülheim an der Ruhr, dass dieses Material Wasser direkt in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten und die natürliche Photosynthese teilweise imitieren kann.

"Unser Katalysator spaltet Wasser mit einem höheren Wirkungsgrad als die meisten anderen Halbleitersysteme, die ebenfalls mit sichtbarem Licht arbeiten", sagt. Titandisilizid fängt dazu ein breites Spektrum des Sonnenlichts ein und kann es direkt zur Spaltung von Wassermolekülen verwenden. Zu Beginn der Katalyse-Reaktion sorgt eine leichte Oxidbildung am Titandisilizid für die Bildung der notwendigen katalytisch aktiven Zentren. Zudem kann der Werkstoff den gewonnenen Wasserstoff in winzigen Poren speichern.

Die Effizienz dieses Katalysators könnte nun mit den neuen Nanonetzwerken gesteigert werden. Die wichtigsten Abläufe haben sich die deutschen Forscher zusammen mit amerikanischen und norwegischen Partnern bereits patentieren lassen und in Lörrach eine Firma für die Weiterentwicklung und Vermarktung gegründet.