27.10.2016 - Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt (Main)

Metallfreier Katalysator spaltet Wasserstoffmolekül

Katalysator mit Borverbindungen aktiviert Wasserstoff und erweitert dessen Anwendungsmöglichkeiten

Wasserstoff (H2) ist ein denkbar einfaches Molekül und dennoch ein wertvoller Rohstoff, der durch die Entwicklung ausgefeilter Katalysatoren immer mehr an Bedeutung gewinnt. In der Industrie und Wirtschaft reichen die Anwendungsgebiete von der Lebens- und Düngemittelherstellung über das Cracken von Erdöl bis zum Einsatz als Energieträger in Brennstoffzellen. Eine Herausforderung besteht darin, die starke H─H-Bindung unter milden Bedingungen zu spalten. Chemiker der Goethe-Universität haben nun einen neuen Katalysator zur Aktivierung von Wasserstoff entwickelt, indem sie in ein gängiges organisches Molekül gezielt Bor-Atome einschleusten. Das in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ beschriebene Verfahren benötigt zusätzlich nur noch eine Elektronenquelle und sollte daher zukünftig breit einsetzbar sein.

Dem hohen Energieinhalt des Wasserstoffmoleküls steht eine besonders stabile Bindungssituation gegenüber. Erstmals erkannte Paul Sabatier im Jahre 1897, dass Metalle geeignete Katalysatoren sind, um das Molekül zu spalten und elementaren Wasserstoff für chemische Reaktionen nutzbar zu machen. Für diese wichtige Entdeckung erhielt er 1912 den Nobelpreis für Chemie. Die heutzutage meistverwendeten Hydrierkatalysatoren enthalten giftige oder teure Schwermetalle wie Nickel, Palladium oder Platin. Erst vor zehn Jahren wurden metallfreie Systeme aus Bor- und Phosphorverbindungen entdeckt, die vergleichbare Reaktionen ermöglichen.

„Meiner Doktorandin, Esther von Grotthuss, ist nochmals eine deutliche Vereinfachung der metallfreien Strategie gelungen, die allein die Borkomponente benötigt“, so Prof. Matthias Wagner vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Goethe-Universität. „Zusätzlich brauchen wir lediglich noch eine Elektronenquelle. Im Labor haben wir hierfür Lithium oder Kalium gewählt. Für eine Übertragung in die Praxis sollte sich stattdessen elektrischer Strom nutzen lassen“.

Um Einzelheiten der Wasserstoffaktivierung über experimentelle Befunde hinaus aufzuklären, wurden in Kooperation mit Prof. Max Holthausen (Goethe Universität) quantenchemische Rechnungen durchgeführt. Detaillierte Kenntnisse des Reaktionsverlaufs tragen wesentlich dazu bei, das System weiter auszubauen. Das Ziel besteht nicht allein darin, Übergangsmetalle langfristig zu ersetzen, sondern darüber hinaus Reaktionen zu erschließen, die mit den konventionellen Katalysatoren nicht möglich sind.

Die Frankfurter Chemiker halten insbesondere Substitutionsreaktionen für vielversprechend, die einen günstigen Zugang zu Verbindungen des Wasserstoffs mit anderen Elementen gestatten. Für solche Synthesen werden meist noch kostspielige und gefahrenträchtige Verfahren eingesetzt. Beispielsweise wäre eine vereinfachte Herstellung von Silizium-Wasserstoff-Verbindungen höchst attraktiv für die Halbleiterindustrie.

Fakten, Hintergründe, Dossiers

Mehr über Uni Frankfurt am Main

  • News

    Neue Stoffklassen für Nanomaterialien

    Zwei neue Stoffklassen im Bereich der Nanomaterialien haben Chemiker der Goethe-Universität Frankfurt entwickelt und zusammen mit ihren Kooperationspartnern an der Universität Bonn untersucht: Erstmals gelang die Herstellung eines Nano-Balls aus Siliziumatomen und eines Bausteins für einen ... mehr

    SARS-CoV-2: Achillesfersen im Viren-Erbgut

    Bestimmte Regionen im SARS-CoV-2-Erbgut könnten sich als Ziel für künftige Medikamente eignen. Dies fanden jetzt Wissenschaftler der Goethe-Universität Frankfurt und ihre Kooperationspartner im internationalen COVID-19-NMR-Konsortium heraus. Mithilfe einer speziellen Substanzdatenbank ident ... mehr

    Pharmaforschung: Wenn sich Wirkstoff und Zielprotein „umarmen“

    Wie sich die Passform bestimmter Wirkstoffe optimieren lässt, damit sie länger an ihre Zielproteine binden und damit eine stärkere pharmakologische Wirkung entfalten, haben jetzt Wissenschaftler der Goethe-Universität Frankfurt zusammen mit Kollegen aus Darmstadt, Heidelberg, Oxford und Dun ... mehr

  • q&more Artikel

    Feiern und Hungern – für Bakterien kein Problem

    Bakterien sind wahre Überlebenskünstler. Im Laufe der Evolution haben sie zahlreiche Strategien entwickelt, sich an schnell veränderliche, unsichere Umweltbedingungen anzupassen. So ist ihr Stoffwechsel wesentlich ausgeklügelter als derjenige des Menschen. Sie können innerhalb von Minuten i ... mehr

    Warum Biosimilars und nicht Biogenerika?

    Bereits seit 2006 gibt es eine Gruppe gentechnisch hergestellter Medikamente, die unter der Bezeichnung „Biosimilars“ firmieren. Bis vor einem Jahr blieb diese Gruppe selbst in Fachkreisen eher unauffällig. Das ändert sich jedoch derzeit, da kürzlich ein erster Biosimilar-Antikörper zugelas ... mehr

    Paradigmen­wechsel

    Was wäre die Medizin ohne Arzneimittel? Aber werden Arzneimittel heute optimal ­eingesetzt? einesfalls, wie wir heute dank der Erkenntnisse aus der molekularen ­Medizin wissen. Denn beim Einsatz von Arzneimittel gilt es, zwei Aspekte zu beachten: ­die Krankheit und den Patienten. Erst langs ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Jörg Soppa

    Jörg Soppa, Jahrgang 1958, studierte Biochemie in Tübingen und promovierte anschließend am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried. Dort baute er ab 1990 eine eigene Forschungsgruppe auf und hielt Lehrveranstaltungen am Institut für Genetik und Mikrobiologie der Universität München ... mehr

    Prof. Dr. Heinfried H. Radeke

    Heinfried H. Radeke, Jg. 1955, studierte Medizin an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH; Approbation 1985) und promovierte mit der wissenschaftlich besten Dissertation des Jahres 1986. Nach zwei Jahren als Assistenzarzt in der Universitätskinder­klinik Göttingen begann er 1987 an der ... mehr

    Prof. Dr. Theo Dingermann

    Theodor Dingermann, Jg. 1948, studierte Pharmazie in Erlangen und promovierte 1980 zum Dr. rer. nat. 1990 erhielt er einen Ruf auf die C4-Professur für pharmazeutische Biologie der Universität Frankfurt. Von 2000 bis 2004 war er Präsident der Deutschen Pharmazeutischen Gesellschaft. Ferner ... mehr

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von: