Will Licht ins Dunkel bringen: «Empa Young Scientist Fellowship»-Preisträgerin Amy Knorpp sieht grosses Potential in Hochentropie-Materialien. (Bild: Empa)

«Empa Young Scientist Fellow» Amy Knorpp und Michael Stuer produzieren Kristallmischungen mit einem sogenannten «Tubular Flow Reactor». (Bild: Empa)

Wenn Unordnung zur Lösung unserer Energieprobleme beiträgt

Publiziert

Empa-Forscherin Amy Knorpp will Systematik in das junge Forschungsfeld der Hochentropie-Oxide bringen. Letzteres sind Kristalle, deren Spezialität nicht Ordnung, sondern Unordnung ist. Mit der Verwendung dieser Kristalle möchte Amy Knorpp neue, robustere und effizientere Katalysatoren entwickeln und damit einen wichtigen Beitrag zum Wandel weg von fossilen Energien hin zu CO2-neutralen Lösungen leisten. Ihre Forschung wird mit einem «Empa Young Scientist Fellowship» gefördert.

Hochentropie-Oxide, oder auch sogenannte ungeordnete Kristalle, sind ein sehr junges Forschungsgebiet, in dem es noch viel zu entdecken gibt. Jungforscherin Amy Knorpp sieht in diesen Materialien ein enormes Potential für katalytische Systeme speziell bei der Umwandlung von CO2 und Wasserstoff zu Methanol. Denn Methanol ist ein wichtiger chemischer Grundstoff, der in unserer Gesellschaft in vielen Formen verwendet werden kann - zum Beispiel für Treibstoffe. Um synthetisches Methanol im grossen Stil erzeugen zu können, braucht es jedoch robustere und effizientere Katalysatoren, als zurzeit vorhanden sind. «Ungeordnete Kristalle stellen ein potenzielles Material für diese begehrten Katalysatoren dar. Einerseits kann ihre extreme Unordnung neue Dimensionen der Stabilität in katalytischen Prozessen bringen, was zu einer längeren Lebensdauer des Katalysators führt. Andererseits lässt sich ihre Chemie sehr gut anpassen, um sowohl Defekte als auch Synergien zwischen verschiedenen Elementen zu erzeugen», erklärt Amy Knorpp. Konkret werden in Hochentropie-Oxiden dafür einzelne Positionen innerhalb der genau geordneten Strukturen eines Kristalls durch fremde Elemente ersetzt. Bei einem Mix aus mindestens fünf verschiedenen Elementen können aussergewöhnliche Eigenschaften erwartet werden. Wissenschaftler sprechen dann gerne vom so genannten Cocktaileffekt. Eine entscheidende Eigenschaft eines erfolgreichen Katalysators ist, dass er die Herstellung von Methanol gegenüber anderen Kohlenwasserstoffen bevorzugt. Die gezielte Veränderung bestimmter Stellen in einem Kristall, wie bei Hochentropie-Oxiden, kommt genau dem zugute, indem das CO2 effizient aktiviert und H2 in einer günstigen Anordnung dissoziiert wird.

Doch auf dem Weg dahin sind noch viele Fragen unbeantwortet. Amy Knorpp und die Projektgruppe «Nanopowers and ceramics», unter der Leitung von Michael Stuer, untersucht nun systematisch die verschiedenen Veränderungen, die zu einer neuen Vielfalt von ungeordneten Kristallen führen. Dabei wollen sie unter anderem die Frage beantworten, wie effizient diese neuen Materialien als Katalysatoren funktionieren und wie lange sie halten. «Daraus soll eine Art Landkarte für die systematische Veränderung von Kristallen entstehen mit dem Ziel, die «ideale Unordnung» im Kristall zu erzeugen. Dieses Projekt dient der Grundlagenforschung und wird Licht ins Dunkel bringen», erläutert «Empa Young Scientist Fellow» Amy Knorpp.

Das «Empa Young Scientist Fellowship» ist ein Förderinstrument für aussergewöhnlich begabte Nachwuchs-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler. Der Fellow erhält die finanziellen Mittel, während zwei Jahren ein eigenständiges Forschungsprojekt durchzuführen. Die Fellowships werden vom der Empa in einem Wettbewerbsverfahren vergeben, um sicherzustellen, dass die Anträge mit dem höchsten Potenzial ausgewählt werden.

EVENTS

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 16.-19. April 2024

Ort: Moutier (CH)

Hannover Messe

Transfoming Industry Togheter

Datum: 22.-26. April 2024

Ort: Hannover (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 13.-17. Mai 2024

Ort: München (D)

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai-07.Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Zürich (CH)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 11 – 14 Juni 2024

Ort: Genf (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 10.-14. Juni 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 11.-13. Juni 2024

Ort: Nürnberg (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 25. - 28. September 2024

Ort: Düsseldorf (D)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

W3+ Fair Jena

Europas führende Plattform für Forschung und Innovationskraft

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Jena (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 18.-19. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 08.-09. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

IFAS

Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Zürich (CH)

ALL4PACK EMBALLAGE

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 03.-05. Dezember 2024

Ort: Düsseldorf (D)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

Automatica

Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 02.-04. September 2025

Ort: Bern (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 23.-26. September 2025

Ort: Berlin (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 23. - 25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement.

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26. - 27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis