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.
- BESSY II: Eingebauter Sauerstoff verkürzt die Lebensdauer von FeststoffbatterienFeststoffbatterien sind sicher und leistungstark, aber ihre Kapazität nimmt zurzeit noch rasch ab. Ein Team der TU Wien, der Humboldt-Universität zu Berlin und des HZB hat nun eine TiS₂|Li₃YCl₆-Halbzelle an BESSY II analysiert. Dafür nutzte das Team eine spezielle Probenumgebung, die eine zerstörungsfreie Untersuchung unter realen Betriebsbedingungen ermöglicht. Durch die Kombination von Weich- und Hart-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS und HAXPES) konnte ein neuer Degradationsmechanismus identifiziert werden. Dabei spielte das Element Sauerstoff eine besondere Rolle. Die Studie liefert wertvolle Einblicke, um Design und Fertigung von Feststoffbatterien zu verbessern.
- Spintronik an BESSY II: Echtzeit-Analyse von magnetischen DoppelschichtsystemenSpintronische Bauelemente ermöglichen Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieverbrauch. Sie basieren auf der Wechselwirkung zwischen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten. Nun ist es einem Team von Freier Universität Berlin, HZB und Universität Uppsala gelungen, für jede Schicht separat zu verfolgen, wie sich die magnetische Ordnung verändert, nachdem ein kurzer Laserpuls das System angeregt hat. Dabei konnten sie auch die Hauptursache identifizieren, die für den Verlust der antiferromagnetischen Ordnung in der Oxidschicht sorgt: Die Anregung wird von den heißen Elektronen im ferromagnetischen Metall zu den Spins im Antiferromagneten transportiert.
- Elektrokatalysatoren: Ladungstrennung an der Fest-Flüssig-Grenzfläche modelliertWasserstoff spielt für die Wende hin zur CO₂-Neutralität eine entscheidende Rolle, sowohl als Energieträger als auch als Ausgangsstoff für die grüne Chemie. Die großtechnische Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse sowie vieler anderer chemischer Produkte erfordert jedoch deutlich kostengünstigere und effizientere Katalysatoren. Um Elektrokatalysatoren gezielt zu verbessern, ist es von großem Nutzen, die elektrochemischen Prozesse genau zu verstehen, die an der Grenzfläche zwischen dem festen Katalysator und dem flüssigen Medium ablaufen. Ein europäisches Team hat In der Fachzeitschrift Nature Communications ein leistungsfähiges Modell vorgestellt, das die Ladungstrennung an der Grenzfläche, die Bildung der elektrischen Doppelschicht sowie deren Einfluss auf die katalytische Aktivität hervorragend beschreibt.