Herstellung poröser Nano-Kugeln für Katalysatoren gelungen

Er nutzt Ultraschall und erzeugt damit Nebel, um mikrometerkleine poröse Kugeln für Katalysatoren herzustellen: Dr. Feng Wang ist gemeinsamer Humboldtstipendiat des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung (MPI-KoFo) und der Universität Duisburg-Essen (UDE). Der 30-jährige nennt sich selbst Ryan, "weil Feng hier ohnehin nicht so ganz richtig ausgesprochen wird." Als Humboldtstipendiat ist er ein Glücksgriff für beide Seiten: Seine Forschung verbindet die Arbeit des NanoEnergieTechnikZentrums (NETZ) der UDE mit den Anwendungen im Institut in Mülheim.

Im NETZ hat er eine Anlage zur Herstellung von Metalloxid-Nanopartikeln aufgebaut, die optimal für Katalysatoren geeignet sind: Ein Ultraschallsystem vernebelt Wasser oder ein anderes Lösungsmittel, in dem sich die Vorläufermoleküle befinden. Die Nebeltröpfchen werden über ein Trägergas in einen Ofen transportiert, wo das Lösungsmittel verdampft oder verbrennt. Übrig bleibt festes Cerdioxid in der durch die Tröpfchen vorgegebenen Kugelform. So entstehen in nur einem Schritt mikrometerkleine, von winzigen Löchern und Gängen durchzogene Kugeln, ein sogenanntes "Multiskalenmaterial". Der Name erklärt sich, wenn man viele davon zu einem dreidimensionalen Gebilde zusammenschüttet. Es ergeben sich verschieden große Zwischenräume: die kleinen Poren im Material selbst und die Hohlräume zwischen den Kugeln. Die dadurch im Vergleich zu Gewicht und Volumen riesige Oberfläche bietet reichlich Platz für Reaktionen: Ein einziges Gramm Cerdioxid hat eine Oberfläche von 160 Quadratmetern. Das entspricht ziemlich genau einem Volleyballfeld. Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Ferdi Schüth am MPI nutzt das Material anschließend zum Aufbau von Katalysatoren, die z.B. Biomasse in leichter verwertbare Energieformen umwandeln oder Ammoniak zersetzen.

Es ist zwar industriell bereits möglich, Multiskalenmaterialien herzustellen, doch passiert das bislang in mehreren Einzelvorgängen, die ein Pulver als Zwischenschritt beinhalten. Das ist zeitaufwändig, staubig und unhandlich. Wangs Entwicklung ist daher auch für die Industrie interessant. Das Know-how zur Herstellung dieser Nanomaterialien hat er sich im Wesentlichen in der Arbeitsgruppe von Dr. Hartmut Wiggers im NETZ angeeignet. Wiggers ist unter anderem auf die Herstellung von nanostrukturiertem Material in anwendungsrelevanten Mengen spezialisiert. Gemeinsam gehen die beiden nun die nächste Herausforderung an: Noch setzen sich bis zu 50 Prozent der Partikel an der Wand der Anlage ab und sind damit nicht zu verwenden. Da Wang seinen Aufenthalt möglichst bis Ende 2015 verlängern möchte, bleibt jedoch noch viel Zeit für Optimierungen.

Quelle: Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE)