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Auf der Suche nach Alternativen für edelmetallbasierte Katalysatoren hat die Forschung Nanopartikel auf der Basis von Übergangsmetallen ins Auge gefasst. Um sie optimal designen zu können, muss man ihre katalytische Aktivität in Abhängigkeit von ihren Eigenschaften analysieren. Darum dreht sich das Projekt „Microfluidic Tuning of Individual Nanoparticles to Understand and Improve Electrocatalysis”, kurz Miticat, von Prof. Dr. Kristina Tschulik. Die Inhaberin des Lehrstuhls für Analytische Chemie II der Ruhr-Universität Bochum (RUB) wird dabei durch einen Starting Grant des European Research Council unterstützt.

Zwei identische Partikel sind selten

Zwei Hindernisse stehen dem smarten Design solcher katalytisch aktiven Nanopartikel zurzeit noch im Wege. Erstens: Fast alle Partikel sind leicht unterschiedlich. Misst man die Aktivität eines solchen uneinheitlichen Ensembles, so erhält man einen Durchschnittswert, der wenig bis nichts über die besten Kandidaten aussagt. Zweitens sind die Auswirkungen von Zusatzstoffen unbekannt, die für die derzeit üblichen Untersuchungen katalytischer Prozesse mit solchen Materialien notwendig sind.

Kristina Tschulik und ihr Team ist es bereits gelungen, einzelne Nanopartikel ohne Zusatzstoffe zu untersuchen. „Trotzdem konnten wir bisher noch keine vollumfassende Beziehung zwischen Eigenschaften und Aktivität ableiten, da wir die Eigenschaften der einzelnen Partikel nicht während des Katalysevorgangs in Lösung untersuchen konnten“, erklärt die Chemikerin.

Partikel auf der Rennbahn

In ihrem ERC-Projekt schickt sie einige Hundert Nanopartikel daher auf die Rennbahn: Sie sollen in Lösung im Kreis zirkulieren, wobei ihre Eigenschaften und ihre katalytische Aktivität an einzelnen Stationen vermessen werden. Zwischen den einzelnen Messungen lassen sich Modifikationen vornehmen, zum Beispiel an der Größe oder Oberflächenbeschaffenheit der Partikel. So erhofft sich Tschulik Rückschlüsse darauf, welche Charakteristika der Partikel sich günstig auf die katalytische Leistungsfähigkeit auswirken. „Wenn wir das verstehen, können wir nach diesem Vorbild optimierte Nanopartikel herstellen“, erklärt sie.