ACHEMA Pulse 2021

••• 12••• Innovationen Nanochemie verblüfft In Millisekunden von verschmutztem zu klarem Wasser F orscher amMax-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächen- forschung haben eine Membran entwickelt, die aus unzähligen na- nometerkleinen Röhren besteht. Diese setzten sie als Nanoreaktor ein, um mithilfe von Sonnenlicht in Millisekunden mit Methylen- blau markiertes Wasser in klares umzuwandeln. „Reaktionen in Flüssigkeiten mit geringerer Vis- kosität blitzschnell ablaufen zu lassen, stellt eine neue Chance für die Chemie dar,“ sagt Prof. Dr. Markus Antonietti, Direktor der Abteilung Kolloidchemie. Die Chemie gilt oft als ausge- reifte Disziplin, in der neue Er- kenntnisse nur an den äußeren Rändern entstehen. Ein Team um Gruppenleiter Dr. Aleksandr Savateev hat nun gezeigt, dass es gerade im Inneren – im Nano- bereich – noch bemerkenswer- te Überraschungen gibt. Eigen- schaften gängiger Flüssigkeiten wie Wasser hängen von der Grö- ße des Behältnisses ab, in dem sie eingeschlossen sind. Füllt man Wasser als bereits recht agi- le Flüssigkeit mit geringer Viskosi- tät in ein Behältnis in Nanogröße, in das nur wenige Wassermole- küle passen, so wird es „super- fluidisch“. Je kleiner der Raum, desto größer ist der Supraflu- id-Effekt. Wasser ist also nicht gleich Wasser. Funktionsweise In ihren Reaktionsexperimen- ten entwickelte die Savateev- Gruppe eine Membran, die aus Milliarden von parallel angeord- neten Kohlenstoffnitrid-Röhren besteht. Jedes dieser Röhrchen verfügt über einen Durchmes- ser von wenigen Nanometern, was 1/10.000 eines menschlichen Haares entspricht. Sie beobach- teten, dass Wasser ohne jegliche Reibung durch sie hindurchglei- tet. Dabei wird Licht als Treiber für die chemische Umwandlung von verschmutztem zu saube- rem Wasser genutzt, während der durch die Membran erzeug- te Quanteneinschluss auch die Energie des Lichts mit bisher unerreichter Effizienz lenkt. Die konkave Oberfläche der paralle- len, fast eindimensionalen Röh- ren dient als eine Art Spiegel, der das interne elektrische Feld im Inneren der Nanoröhre konzent- riert. In Verbindung mit dem von außen einfallenden Licht erhöht dies die Reaktionsgeschwindig- keit enorm. „Im gewöhnlichen 3D-Raum sind diese Reaktionsge- schwindigkeiten von Millisekun- den einfach unmöglich,“ sagt Dr. Savateev. „Wir arbeiten aktiv an der Entwicklung dieser Techno- logie, um Treibstoff und andere für die Gesellschaft wichtige Ma- terialien mit nachhaltiger Ener- gie wie Sonnenlicht in einfachen Geräten, vergleichbar mit einem Kaffeefilter, zu erzeugen,“ sagt Aleksandr Savateev. Die Abbildung zeigt mehrere parallel angeordnete nanometer- kleine Röhren als Teil der Membran, in der die photokatalyti- sche Reaktion abläuft. Die Membran ist ein makroskopisches Objekt, das aus einem Ensemble solcher Nanoröhren besteht. Foto: Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung / ScienceBrush Design Nahtlose Rohre  Geschweißte Rohre  Hohlstahl  Stab- & Blankstahl  Profilstahl  Fittings & Flansche www.damstahl.de Für Sie vor Ort in ganz Europa