Prof. Lars Borchardt will die Chemie umweltfreundlicher machen. Foto: RUB

Prof. Kristina Tschulik wird vom European Research Council gefördert.

Chemie ohne Lösungsmittel

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Nanopartikel, deren Eigenschaften maßgeschneidert für die Elektrokatalyse sind, sollen herkömmliche, edelmetallbasierte Katalysatoren ablösen. Chemie im Mahlbecher ganz ohne Lösungsmittel soll jede Menge giftigen Müll vermeiden. Bei ihrer Arbeit an diesen Plänen werden Prof. Dr. Kristina Tschulik und Prof. Dr. Lars Borchardt vom European Research Council mit je einem Starting Grant unterstützt.

 

Üblicherweise finden chemische Reaktionen in Lösungsmitteln statt. Häufig sind diese umweltschädlich oder sogar giftig. Ihre Abtrennung ist oft zeit-, kosten- und ressourcenaufwändig, und es bleibt jede Menge Müll zurück. «Man sagt, dass für Basischemikalien bis zu fünfmal, für Feinchemikalien bis zu 50-mal und für pharmazeutische Chemikalien bis zu 150-mal mehr Müll produziert wird als das eigentliche gewünschte Produkt», illustriert Lars Borchardt, Leiter der Arbeitsgruppe Mechanochemie an der Ruhr Universität Bochum.

Mit den Mitteln seines ERC Grants entwickelt er Synthesekonzepte, die komplett auf Lösungsmittel verzichten. «Dazu verwenden wir die Ausgangsstoffe in Pulverform, füllen sie zusammen mit Mahlkugeln in einen Becher und mahlen das Ganze für einige Minuten», erläutert er. Die Kugeln bewegen sich durch die Drehung des Mahlbehälters frei im Inneren und stossen unzählige Male aneinander. Die Stossenergie beim Zusammenprall zweier Kugeln kann genutzt werden, um Stoffe miteinander in Reaktion zu bringen. «Die Chemie dahinter ist bisher noch wenig verstanden», so Borchardt. «Wir gehen aber davon aus, dass sie anders ist als das, was wir unter klassischer Chemie verstehen.“

Nanopartikel für grüne Katalyse

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 von Kristina Tschulik, Inhaberin des Lehrstuhls für Analytische Chemie II der RUB.

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.

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