Chemie Wasser ist Gold wert für die Nanokatalyse
Einige Katalysatoren zeigen eine erstaunlich hohe Aktivität – deutlich begünstigt durch Wasser.
Winzige Goldpartikel, die auf Metalloxide aufgebracht werden, könnten als Nanokatalysatoren für die chemische Industrie dienen – zum Beispiel für die Umwandlung von Alkoholen mittels Oxidation in wertvolle Chemikalien. Die Gold-Metalloxid-Verbindungen zeigen eine hohe katalytische Aktivität, vor allem, wenn sie in wässrigen Lösungen vorliegen. Ein Forschungsteam der RUB hat nun eine Erklärung dafür gefunden: Die Wassermoleküle helfen aktiv bei der Spaltung von Sauerstoff mit, welche für die Oxidationsreaktion erforderlich ist. Das Team um Prof. Dr. Dominik Marx vom Lehrstuhl für Theoretische Chemie berichtet die Ergebnisse in der Zeitschrift „ACS Catalysis“, online veröffentlicht am 14. Juli 2020.
Wasser reduziert Energiebarriere
Bereits 2018 hatte das Team von Dominik Marx, Forschungsbereichskoordinator im Exzellenzcluster Ruhr Explores Solvation (Resolv), Hinweise darauf gefunden, dass Wassermoleküle aktiv an der Sauerstoffspaltung beteiligt sein könnten. Nun zeigte das Team, dass Lösungsprozesse den molekularen Sauerstoff an der Oberfläche des Nanokatalysators zusätzlich aktivieren. Die Wassermoleküle helfen somit, die Energiebarriere für die Sauerstoffspaltung zu reduzieren. Die Forscher berechneten, dass der Energiebedarf für die Reaktion in wässriger Lösung 25 Prozent geringer ist als in der Gasphase.
Die RUB-Forscher nutzten Computersimulationen, sogenannte Ab-initio-Molekulardynamik-Simulationen, in denen sie nicht nur den Katalysator berücksichtigten, sondern auch 80 umgebende Wassermoleküle.
