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.
- Batterieforschung mit dem HZB-RöntgenmikroskopUm die Kapazität von Lithiumbatterien weiter zu steigern, werden neue Kathodenmaterialien entwickelt. Mehrschichtige lithiumreiche Übergangsmetalloxide (LRTMO) ermöglichen eine besonders hohe Energiedichte. Mit jedem Ladezyklus wird jedoch ihre Kapazität geringer, was mit strukturellen und chemischen Veränderungen zusammenhängt. Mit Röntgenuntersuchungen an BESSY II hat nun ein Team aus chinesischen Forschungseinrichtungen diese Veränderungen erstmals experimentell mit höchster Präzision vermessen: Mit dem einzigartigen Röntgenmikroskop konnten sie morphologische und strukturelle Entwicklungen auf der Nanometerskala beobachten und dabei auch chemische Veränderungen aufklären.
- BESSY II: Neues Verfahren für bessere ThermokunststoffeUmweltfreundliche Thermoplaste aus nachwachsenden Rohstoffen lassen sich nach Gebrauch recyclen. Ihre Belastbarkeit lässt sich verbessern, indem man sie mit anderen Thermoplasten mischt. Um optimale Eigenschaften zu erzielen, kommt es jedoch auf die Grenzflächen in diesen Mischungen an. Ein Team der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden hat nun an BESSY II untersucht, wie sich mit einem neuen Verfahren aus zwei Grundmaterialien thermoplastische „Blends“ mit hoher Grenzflächenfestigkeit herstellen lassen: Aufnahmen an der neuen Nanostation der IRIS-Beamline zeigten, dass sich dabei nanokristalline Schichten bilden, die die Leistungsfähigkeit des Materials erhöhen.
- Wasserstoff: Durchbruch bei Alkalischen Membran-ElektrolyseurenEinem Team aus Technischer Universität Berlin, Helmholtz-Zentrum Berlin, Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (IMTEK) und Siemens Energy ist es gelungen, eine hocheffiziente alkalische Membran-Elektrolyse Zelle erstmals im Labormaßstab in Betrieb zu nehmen. Das Besondere: Der Anodenkatalysator besteht dabei aus preisgünstigen Nickelverbindungen und nicht aus begrenzt verfügbaren Edelmetallen. An BESSY II konnte das Team die katalytischen Prozesse durch operando Messungen im Detail darstellen, ein Theorie Team (USA, Singapur) lieferte eine konsistente molekulare Beschreibung. In Freiburg wurden mit einem neuen Beschichtungsverfahren Kleinzellen gebaut und im Betrieb getestet. Die Ergebnisse sind im renommierten Fachjournal Nature Catalysis publiziert.