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18.01.10 Nanoporöser Goldkatalysator erlaubt milde Oxidation von Methanol zu Methylformiat

Neuartige Goldkatalysatoren für die "Grüne Chemie"

Wissenschaftler der Universität Bremen erforschen moderne Gold-Katalysatoren

Abb. 1: Rasterelektonenmikroskopische (REM) Aufnahme von monolithischem nanoporösem Gold. Die poröse Struktur des Materials ist im Bereich weniger zehn Nanometer und erstreckt sich homogen von der äußeren Oberfläche bis in das innere Volumen. Reaktanden durchströmen das Porenvolumen und erreichen somit die innere Oberfläche des Materials. Oben rechts: Schematische Darstellung der von den Reaktanden durchströmten Porenstruktur des nanoporösen Goldes.
Quelle: Marcus Bäumer, Uni Bremen

Die zunehmende weltweite Verknappung von Rohstoffen und Energie stellt große Herausforderungen dar. Grüne Chemie wird deshalb seit Jahren in Industrie und Forschung immer wichtiger. Neue umweltverträgliche und Ressourcen schonende, also grüne Verfahren müssen entwickelt werden. Eine besondere Aufgabe kommt hierbei der Katalyse zu. Das Ziel der Katalyse ist die gezielte Steuerung einer chemischen Umsetzung bei geringem Einsatz von Ressourcen und Energie.

Am Institut für Angewandte und Physikalische Chemie der Universität Bremen wird im Bereich der heterogenen Katalyse mit modernen Gold-Katalysatoren geforscht. Die Chemiker Professor Marcus Bäumer und der Wissenschaftliche Mitarbeiter Arne Wittstock beschreiten dabei einen neuen Weg. Anstatt der für die Katalyse mit Gold bislang als unerlässlich angesehenen Nutzung in Form von Nanopartikeln werden Gold-Schwämme erforscht. Durch sein Herstellungsverfahren ist dieses praktisch aus reinem Gold bestehende Material zu über 70 Prozent porös und besitzt eine selbsttragende schwammartige Struktur mit Poren im Bereich einiger Nanometer. In Bremen wird dieses nanoporöse Gold in vielfältiger Weise auf sein katalytisches Potenzial hin untersucht.

Den Bremer Wissenschaftlern gelang nun in Zusammenarbeit mit Kollegen vom Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien (USA), die ihre Expertise im Bereich der Herstellung dieser neuartigen Nano-Materialien einbringen, und an der Harvard University (USA), mit denen mechanistische Fragen zu den an der Oberfläche des Goldes ablaufenden Reaktionen geklärt werden, ein entscheidender Durchbruch bei der katalytischen Oxidation von Methanol. Es konnte durch nanoporöses Gold katalysiert bereits bei Temperaturen von 20°C mit nahezu vollständiger Selektivität in Gegenwart von Sauerstoff  zum Methylformiat oxidiert werden. Auf den Einsatz von umweltschädlichen Co-Katalysatoren wie Basen konnte komplett verzichtet werden.

Methylformiat dient hauptsächlich als Vorstufe zur Produktion von Ameisensäure (> 300 000 t/Jahr), aber es wird beispielsweise auch als gut umweltverträgliches Treibmittel oder Lösungsmittel in Lacken eingesetzt. Der Einsatz von Gold wird somit zu einem wichtigen Schritt in Richtung einer grüneren Chemie.

Quelle:

Nanoporous Gold Catalysts for Selective Gas-Phase Oxidative Coupling of Methanol at Low Temperature
A. Wittstock, et. al., Science 2010, DOI: 10.1126/science.1183591

Bitte zitieren Sie die Seite wie folgt:

Nanoporöser Goldkatalysator erlaubt milde Oxidation von Methanol zu Methylformiat
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2010/jan/goldkatalyse.shtm)

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