Angewandte Chemie

Cover image for Vol. 129 Issue 10

Chefredakteur: Peter Gölitz, Stellvertreter: Neville Compton, Haymo Ross

Online ISSN: 1521-3757

Associated Title(s): Angewandte Chemie International Edition, Chemistry - A European Journal, Chemistry – An Asian Journal, ChemistryOpen, ChemPhotoChem, ChemPlusChem, Zeitschrift für Chemie

Den vollständigen Artikel und die Anschrift des Autors finden Sie in Angew. Chem 2002, 114 (11), 1962 - 1966

Nr. 11/2002


Katalysatoren-Zwiebel

Schalenförmige Kohlenstoff-Nanostrukturen
als Katalysatoren für die Styrolsynthese

Seit die Fullerene entdeckt wurden, Kohlenstoff-Moleküle, die wie winzige Fußbälle aufgebaut sind, hat man sich intensiv mit bisher unbekannten Kohlenstoff-Modifikationen befasst. Inzwischen wurde ein ganzes Kaleidoskop an verwandten Materialien synthetisiert. Von den einzigartigen chemischen und physikalischen Eigenschaften dieser Nanoröhren, Nanokugeln, Nanobündel und zwiebelförmigen Kohlenstoff-Modifikationen erhofft man sich viele interessante neue Anwendungen.

Nun hat man sich erstmals die Eigenschaften der zwiebelförmigen Kohlenstoff-Moleküle genauer unter die Lupe genommen: In einer Kooperation zwischen dem Fritz-Haber-Institut in Berlin und dem Boreskov Institute of Catalysis in Novosibirsk untersuchen Forscher das katalytische Potenzial dieses Materials.

Was soll man sich unter den "Kohlenstoff-Zwiebeln" vorstellen? Es sind Kohlenstoff-Partikelchen von einigen Millionstel Millimetern Durchmesser. Die Partikel sind aus mehreren geschlossenen Schalen aus Kohlenstoffatomen aufgebaut. Und wie bei einer richtigen Zwiebel wird dabei eine Schale von der nächsten umschlossen. Der Aufbau der einzelnen Schalen entspricht der Anordnung, die die Kohlenstoffatome in den Schichten von Graphit einnehmen. Diese nahezu perfekte graphitische Struktur der "Zwiebeln", die wegen der Krümmung der Schalen aber unter Spannung steht, reizte die Forscher. Denn sie verspricht interessante katalytische Eigenschaften.

Das internationale Wissenschaftlerteam um Robert Schlögl wollte wissen, ob die Zwiebelchen als Katalysatoren für Prozesse wie die Styrolsynthese taugen. Das Verfahren ist einer der zehn bedeutendsten industriellen Prozesse. Styrol ist ein wichtiger Rohstoff für die Kunststoffherstellung und wird aus Ethylbenzol gewonnen. Oxidative Dehydrierung nennt man das Verfahren, bei dem der Ausgangsverbindung zwei Wasserstoffatome entfernt werden müssen. Dass Katalysatoren aus Kohlenstoff hierbei recht effektiv sind, war bereits bekannt. Warum also nicht die zwiebelartigen Kohlenstoffe testen?

"Mit einer Styrolausbeute von 62 % erzielen die Zwiebelchen deutlich bessere Ergebnisse als die heute industriell angewendeten Katalysatoren und als alle anderen untersuchten Kohlenstoff-Modifikationen. Eine zukünftige technische Anwendung ist denkbar," berichtet Schlögl. Die Zwiebelstruktur löst sich während der Reaktion übrigens auf. Grund ist die Anlagerung von Sauerstoff an die Oberfläche des Materials. Schlögl: "Diese Sauerstoffzentren scheinen die eigentlichen aktiven Zentren des Katalysators zu sein."

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