Katalyseforschung verstärkt: Helmholtz-Zentrum Berlin ist am neu bewilligten Einstein-Zentrum für Katalyse beteiligt
Am HZB werden neue Methoden entwickelt, um die elektronische Struktur von katalytisch aktiven Molekülen zu untersuchen.
© HZB
Die Einstein-Stiftung fördert ab 2016 ein neues Einstein-Zentrum für Katalyse (EC²), an dem sich die Technische Universität Berlin (TU Berlin) und mehrere außeruniversitäre Einrichtungen aus Berlin beteiligen. Aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) wirkt Prof. Dr. Emad Aziz, Leiter des HZB-Instituts für Methoden der Materialforschung, am Aufbau der Einrichtung mit. Sein Team bringt insbesondere Expertise in der Analytik ultraschneller Prozesse bei katalytischen Reaktionen ein.
Katalyse ist zentrales Zukunftsthema, ob bei der Energiewende oder bei der Verarbeitung von Rohstoffen: Wenn wir in Zukunft Ressourcen effizienter und nachhaltiger nutzen wollen, sind hervorragende Katalysatoren unverzichtbar. Deshalb verstärkt auch das HZB die Katalyseforschung und arbeitet dabei gezielt mit Kooperationspartnern zusammen.
Im Einstein-Zentrum für Katalyse (EC²) sollen Methoden entwickelt werden, die einen tieferen Einblick in chemische und biologische Katalysatoren ermöglichen. Insbesondere die Dynamik von Katalyseprozessen will man damit besser verstehen. „Der Aufbau des institutionenübergreifenden Einstein-Zentrums für Katalyse ist ein echter Meilenstein für die Katalyseforschung in Berlin. Das HZB wird sich zukünftig noch stärker im Rahmen der Forschung an Energiematerialien in der Katalyseforschung engagieren“, sagt die wissenschaftliche Geschäftsführerin des HZB, Prof. Dr. Anke Kaysser-Pyzalla.
Das neue Einstein-Zentrum baut auf dem Exzellenzcluster der TU Berlin „Unifying Concepts in Catalysis (UniCat)“ auf. Zentrale Partner des neuen Einstein-Zentrums sind neben dem HZB das Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, das Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie Berlin, das Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften Berlin, sowie das UniCat-BASF Joint Lab. Sprecher des neuen Einstein-Zentrums ist Prof. Dr. Matthias Drieß vom Fachgebiet Metallorganische Chemie und Anorganische Materialien der TU Berlin. „Um die Dynamik von aktiven Reaktionszentren mit hoher zeitlicher wie räumlicher Auflösung bestimmen zu können, brauchen wir das HZB mit seiner Spitzenanalytik an BESSY II als Partner“, sagt Drieß.
Das HZB-Institut für Methoden der Materialentwicklung entwickelt neue experimentelle Methoden, die Licht im Röntgenbereich oder im extremen UV-Bereich nutzen. „Damit stellen wir neue Werkzeuge bereit, um die elektronische Struktur von katalytischen Molekülen und die ultraschnellen Prozesse, die während der Katalyse ablaufen, unter realistischen Bedingungen wie Raumtemperatur oder Normaldruck zu untersuchen“, erklärt Aziz. „Auch Dr. Tristan Petit und Dr. Annika Bande, deren Gruppen durch ein Freigeist-Stipendium der Volkswagenstiftung gefördert werden, profitieren von dem großen Netzwerk zur Katalyseforschung in Berlin.“
Das neue Einstein-Zentrum soll ab Januar 2016 für zunächst fünf Jahre gefördert werden.
- Neues Instrument bei BESSY II: Die OÆSE-Endstation in EMILAn BESSY II steht nun ein neues Instrument zur Untersuchung von Katalysatormaterialien, Batterieelektroden und anderen Energiesystemen zur Verfügung: die Operando Absorption and Emission Spectroscopy on EMIL (OÆSE) Endstation im Energy Materials In-situ Laboratory Berlin (EMIL). Ein Team um Raul Garcia-Diez und Marcus Bär hat die Leistungsfähigkeit des Instruments an elektrochemisch abgeschiedenem Kupfer demonstriert.
- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.
- Elegantes Verfahren zum Auslesen von Einzelspins über PhotospannungDiamanten mit spezifischen Defekten können als hochempfindliche Sensoren oder Qubits für Quantencomputer genutzt werden. Die Quanteninformation wird dabei im Elektronenspin-Zustand der Defekte gespeichert. Allerdings müssen die Spin-Zustände bislang optisch ausgelesen werden, was extrem aufwändig ist. Nun hat ein Team am HZB eine elegantere Methode entwickelt, um die Quanteninformation über eine Photospannung auszulesen. Dies könnte ein deutlich kompakteres Design von Quantensensoren ermöglichen.