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„Billig“-Katalysator Eisen(I) katalysiert nachhaltiger als Edelmetalle

Quelle: KIT 2 min Lesedauer

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KIT Karlsruher Institut für Technologie

Um an chemische Endprodukte wie etwa Kunststoffe oder Medikamente zu kommen, braucht es oft die Katalyse. Forscher am KIT ersetzen teure Katlysatoren nun durch eine Eisenverbindung ...

Ein Massenelement macht´s auch möglich! Was man hier symbolisiert, ist eine Eisen(I)-Verbindung, die am KIT in Karlsruhe derzeit näher unter die Lupe genommen wird. Denn sie kann die für Katalysatoren typischen – aber teuren – Edelmetalle ersetzen. Hier mehr dazu ...(Bild: KIT / O. Townrow)
Ein Massenelement macht´s auch möglich! Was man hier symbolisiert, ist eine Eisen(I)-Verbindung, die am KIT in Karlsruhe derzeit näher unter die Lupe genommen wird. Denn sie kann die für Katalysatoren typischen – aber teuren – Edelmetalle ersetzen. Hier mehr dazu ...
(Bild: KIT / O. Townrow)

Katalysatoren sorgen dafür, dass chemische Reaktionen schneller ablaufen oder überhaupt erst möglich sind. Dabei verändern sie sich selbst nicht. Das bekannteste Beispiel ist der Kat im Auto, der mit Platin, Palladium oder Rhodium arbeitet. Diese Elemente eignen sich zwar gut für viele dieser Anwendungen, sind aber selten und deshalb recht teuer. Forscher am Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) präsentieren nun erstmals eine Alternative. Und zwar die an Luft stabile Eisenverbindung Eisen(I), die für die Katalyse direkt nutzbar gemacht wurde. Sie komme – anders als bisher – nun ohne starke Reduktionsmittel aus. In einem ersten Test entstanden daraus aktive Eisenkatalysatoren, wie das KIT informiert. Die Ergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht. Eisen ist nicht zuletzt das vierthäufigste Element in der Erdkruste und kann eben in bestimmten katalytischen Reaktionen ähnliche Aufgaben übernehmen wie die teuren Edelmetalle.

Eisen(I) kann gezielter hergestellt und stabiler werden

Im Mittelpunkt der Forschungsarbeit steht demnach eine modulare, voraktivierte Eisen(I)-Quelle. Die römische Zahl beschreibt hier übrigens den elektronischen Zustand des Metalls. Und Eisen liegt in chemischen Verbindungen meist als Eisen(II) oder Eisen(III) vor. Für bestimmte katalytische Reaktionen ist Eisen(I) jedoch besonders geeignet, weil es Elektronen leichter aufnehmen oder abgeben kann. Dadurch ermöglicht es andere Reaktionswege, wie die Forscher erklären. Doch bisher fehlte eine vergleichbar stabile Ausgangsverbindung, die Eisen(I) direkt für katalytische Anwendungen verfügbar macht. Diese Eisenform musste deshalb oft erst während der Reaktion mithilfe zusätzlicher Stoffe durch Reduktionsmittel erzeugt werden. Doch sie verwandeln das Eisen zwar in die gewünschte reaktive Variante, können aber auch andere Bestandteile verändern. Das mache es schwer, genau zu kontrollieren, welche Eisenverbindung in der Reaktion entstehe und wie sie weiterreagiere. Mit dem neuen KIT-Ansatz könne man diese reaktive Eisenform aber jetzt verlässlicher einsetzen. Das Team stellte das gewünschte Eisen(I) zunächst außerhalb der eigentlichen Katalyse als eigene Verbindung her. Dabei saß das Eisen noch zwischen zwei ringförmigen Kohlenwasserstoffmolekülen (Duren-Moleküle), die das reaktive Metall stabilisieren. So bleibt das empfindliche Eisen(I) trotz Angriff von Luftsauerstoff und Feuchtigkeit ausreichend stabil.

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