Chemie Partikel am Stiel
Weil sie so winzig sind, sind einzelne Nanopartikel schwer zu untersuchen. Aber genau das wollen Forscher, um später Eigenschaften von Partikeln maßschneidern zu können. Dazu haben sie sich einen Trick ausgedacht.
Nanopartikel sind vielfältig als Katalysatoren einsetzbar. Um sie so maßschneidern zu können, dass sie bestimmte Reaktionen effizient und selektiv katalysieren, müssen die Eigenschaften einzelner Partikel möglichst genau bestimmt werden. Bislang wird häufig ein Ensemble aus vielen Nanopartikeln analysiert, wobei es jedoch zu Überlagerungseffekten kommt, sodass die Eigenschaften individueller Partikel verborgen bleiben.
In der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ vom 16. April 2019 beschreiben Forscher der RUB, der Universität Duisburg-Essen und der Technischen Universität München eine neue Methode, um einzelne Nanopartikel vor, während und nach einer elektrochemischen Reaktion zu beobachten. „Zu diesem Zweck haben wir Partikel am Stiel erschaffen“, erklärt Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Leiter des Bochumer Zentrums für Elektrochemie.
Gesamten Lebenszyklus beobachten
Die Forscherinnen und Forscher ließen ein Katalysatorpartikel an der Spitze einer Kohlenstoffnanoelektrode wachsen, an der sie es anschließend aktivierten und eine chemische Reaktion katalysieren ließen. Nach jedem Schritt analysierten sie, wie sich seine Form und chemische Zusammensetzung verändert hatten.
Das Nanopartikel arbeitete äußerst effizient und erzielte Umsatzraten, die mit denen in industriellen Verfahren vergleichbar sind. „Viel wichtiger war für uns jedoch zu sehen, dass der Verbund aus Elektrode und Partikel so stabil war, dass wir ihn sogar noch nach der Katalyse weiter vermessen konnten“, sagt Wolfgang Schuhmann. Mit ihrem Verfahren konnten die Forscher also nicht nur die katalytische Aktivität eines individuellen Nanopartikels bestimmen, sondern auch seine Form und chemische Zusammensetzung über den gesamten Lebenszyklus hinweg – und zwar ohne störende Einflüsse von anderen Partikeln.
