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Wiener Forscher klären Rätsel um Katalysatoren

An Katalysatoren spielen sich komplizierte chemisch-physikalische Vorgänge ab. So kompliziert, dass vieles im Detail noch immer nicht erforscht ist - Seit kurzem wieder etwas weniger.

Einem Wissenschafter-Team der Technischen Universität (TU) und der Uni Wien ist es nun mit einem Quantentrick gelungen, den genauen atomaren Aufbau einer häufig auch in Katalysatoren auftretenden Aluminium-Oxid-Schicht aufzuklären.

Die Funktion eines Katalysators ist spätestens seit der Einführung der Kat-Pflicht für Autos über die Fachwelt hinaus ein Begriff: „Was aus dem Katalysator rauskommt, ist anders, als das was reingeht.“ Weniger bekannt ist jedoch, dass die genauen Vorgänge, was sich an der unmittelbaren Oberfläche des jeweiligen Katalysator-Materials genau abspielt, kaum erforscht sind.

Aluminium-Oxid verhinderte Untersuchung

Ein Problem dabei ist nämlich, dass an den Oberflächen nicht nur Metalle, sondern auch Reaktionsprodukte mit Luft – so genannte Oxide – eine Rolle spielen. Ein häufig auftretendes Oxid, Aluminium-Oxid hat im Gegensatz zum reinen Aluminium die Eigenschaft eines Isolators. Dadurch wird die Untersuchung der Oberfläche mit dem so genannten Rastertunnelmikroskop unmöglich.

Nun haben die Forscher aber zu einem Trick gegriffen: Sie versahen das Aluminium mit einer derart dünnen Schicht von Aluminium-Oxid von rund 0,5 Nanometern (ein Nanometer ist der Millionste Teil eines Millimeters, Anm.), dass diese jedenfalls auf Quantenebene gleichsam durchsichtig wird. „Die Elektronen tunneln durch die Schicht hindurch, somit kann die Oberfläche mit dem Rastertunnelmikroskop genau aufgeklärt werden“, sagte Georg Kresse vom Institut für Materialphysik der Uni Wien.

Nun können die Forscher erstmals angeben, wie die Schicht aus Aluminium-Oxid aussieht und zwar auf atomarer Ebene, also wo jedes Aluminium-Atom und wo jedes Sauerstoff-Atom sitzt. Kresse erwartet sich davon einen bedeutenden Anstoß für die Katalysator-Forschung.

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