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pte20211125003 Forschung/Entwicklung, Produkte/Innovationen

Platin-Bedarf in Katalysatoren stark gesenkt

Beschichtung ist künftig nur noch eine Atomlage dick - Forscher nutzen Magnetron-Sputtern


Magnetron-Sputteranlage im offenen Zustand (Foto: nottingham.ac.uk)
Magnetron-Sputteranlage im offenen Zustand (Foto: nottingham.ac.uk)

Nottingham (pte003/25.11.2021/06:00) -

Auch wenn die Edelmetallschichten in Katalysatoren extrem dünn sind ist es reine Verschwendung, zudem eine sehr teure. Eigentlich reicht es, die Oberfläche mit nur einer Atomlage zu überziehen, doch das geben die heutigen Techniken nicht her. Forscher der University of Nottingham https://www.nottingham.ac.uk/">https://www.nottingham.ac.uk/ haben jetzt mit Kollegen aus drei anderen britischen Universitäten ein Problem gelöst. Mit einem Verfahren namens Magnetron-Sputtern gelang es einem Team um Jesum Alves Fernandes, Assistenzprofessor für Chemie, aus einem massiven Platinblock mit Hilfe von extrem schnellen Argon-Ionen ganze Schwärme von Einzelatomen herauszuschießen. Diese setzen sich auf einer Unterlage, etwa der Strukturkeramik eines Katalysators ab. Pro Sekunde werden so 4,5 Billiarden Platin-Atome frei.

[b]Verfahren stammt aus der Halbleitertechnik[/b]

Das Magnetron-Sputtern ist auch für die Atomisierung anderer Werkstoffe wie Nickel und Kobalt und weitere Edelmetalle geeignet. Das Verfahren wird bisher vor allem bei der Glasbeschichtung und in der Halbleiterindustrie eingesetzt. Die Forscher in Nottingham passten es jetzt an die neue Aufgabe an. Die Materialeinsparung dürfte bei mehr als 90 Prozent liegen.

Das Forschungsteam setzte analytische und bildgebende Verfahren, um zu beweisen, dass die Platin-Atome sich über die gesamte Oberfläche des Trägermaterials verteilt hatten. Den so hergestellten Katalysator nutzten sie für die fotokatalytische Wasserstoffproduktion. Das Ziel, eine nur eine Atomlage dicke Beschichtung zu erreichen, bleibt noch eine Herausforderung. Bisher ist das Ideal noch nicht erreicht, doch Alves Fernandes ist sicher, dass es gelingt.

[b]Im Nanobereich kann es Überraschungen geben[/b]

Die Schicht ist weniger als einen Nanometer dick. In diesem extrem kleinen Bereich ändern sich die Eigenschaften von Materialien in vielen Fällen. Es kann durchaus sein, dass die katalytischen Fähigkeiten durch den Einstieg in den Nano-Bereich noch verbessert werden.

Rund 80 Prozent aller Reaktionen in der Industrie sind ohne Katalysatoren unmöglich. Die große Nachfrage nach Katalysatoren führt dazu, dass das weltweite Angebot an vielen nützlichen Metallen, darunter Gold, Platin und Palladium, abnimmt, sodass die Preise steigen. Das Magnetron-Sputtern könnte diesem Trend entgegenwirken.

(Ende)
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