Saubere Chemie mit Schwämmen aus Gold

Bremer Wissenschaftler finden neuen Katalysator für Oxidation von Methanol

Goldschwamm
Goldschwamm

Bremen/Livermore(USA) - Katalysatoren sind die Schlüssel zu sauberen Produktionsverfahren in der chemischen Industrie. Mit nanoporösen Schwämmen aus Gold fanden Forscher der Universität Bremen einen neuen Katalysator für die Oxidation von Methanol. In der Zeitschrift "Science" berichten sie über den neuen und umweltfreundlichen Weg, um Methylformiat zu produzieren. Methylformiat, auch Ameisensäuremethylester genannt, ist das wichtigste Vorprodukt für die Synthese von Ameisensäure und wird auch als Aufschäum- und Lösungsmittel verwendet.

"Die nanoporöse Struktur des Materials ist homogen von der Oberfläche bis ins Innere und zugleich durchlässig für die Reaktionsstoffe", berichten Arne Wittstock von der Universität Bremen und seine Kollegen von der Harvard University und dem Lawrence Livermore Laboratory. Schon bei Raumtemperatur vermag dieser Gold-Katalysator Methanol mit Luftsauerstoff oxidieren zu lassen. Dabei entsteht ausschließlich das gewünschte Endprodukt Methylformiat. Bei höheren Reaktionstemperaturen lässt sich die Ausbeute von 10 auf 60 Prozent signifikant steigern. Dabei sinkt die Reinheit des Endprodukts lediglich auf 97 Prozent. Da bei dieser Reaktion kaum störende Nebenprodukte entstehen, empfiehlt sich nanoporöses Gold als umweltfreundlicher Katalysator.

Hergestellt wurden die nanoporösen Goldschwämme aus einer Silbergold-Legierung, aus denen der Silberanteil ausgewaschen wurde. Zurück blieb eine selbsttragende Netzstruktur mit Poren in der Größenordnung einiger zehn Nanometer. Diese Hohlräume nehmen insgesamt etwa 70 Prozent der Schwammstruktur ein und bieten dadurch verhältnismäßig große Oberflächenareale für die katalytische Oxidation von Methanol. Am Bremer Institut für Angewandte und Physikalische Chemie untersuchten Wittstock und Kollegen nun die Katalyse-Reaktion genauer. Dabei aktiviert Sauerstoff an der Katalysator-Oberfläche die Methanolmoleküle und bindet sie als Methoxygruppen. Eine darauf folgende Abtrennung von Wasserstoff-Ionen (Protonen) führt zur Zwischenstufe Aldehyd. Diese Aldehyde bilden darauf mit weiteren Methoxygruppen das gewünschte Endprodukt Methylformiat.