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Wiener Forscher lösten Katalysatoren-Rätsel

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Metallorganische Gerüstverbindungen können unter Lichteinstrahlung molekularen Stickstoff in Ammoniak umwandeln
©Patrick Lechner, Florian Aigner, TU Wien, APA
Düngemittel aus Ammoniak helfen dabei, einen großen Teil der Weltbevölkerung zu ernähren. Doch die industrielle Herstellung von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff ist extrem energieintensiv, weshalb nach Alternativen gesucht wird. Eine solche könnten Photokatalysatoren sein, die die Energie des Sonnenlichts nutzen, um Ammoniak herzustellen. Vielversprechende Kandidaten dafür sind metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs). Sie bestehen aus Knotenpunkten mit Metallatomen, die durch organische Moleküle verbunden sind und so zahlreiche kleine Hohlräume bilden. Ein Forschungsteam der Universität Wien und der Technischen Universität (TU) Wien hat sich mit der Struktur "MOF MIL-101" beschäftigt. An jedem Knotenpunkt dieses MOFs sitzen drei Metallatome, die im Dreieck um ein zentrales Sauerstoffatom angeordnet sind.

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MOF MIL-101 lässt sich mit unterschiedlichen Metallsorten herstellen. Während das Gerüst unverändert bleibt, verhält sich die MOF je nach Metallsorte chemisch völlig unterschiedlich: Mit Eisenatomen kann die Struktur unter Lichteinwirkung Ammoniak produzieren, mit Chrom bleibt diese Reaktion aus. Zwei Teams um Patrick Lechner (Uni Wien) und Jana Bischoff (TU Wien), die zum FWF-Exzellenzcluster MECS (Materials for Energy Conversion and Storage) gehören, konnten den Grund dafür nun im Fachjournal "ACS Energy Letters" klären. Demnach haben Eisen- und Chrom-Dreiecksstrukturen ganz unterschiedliche magnetische Eigenschaften, die darüber entscheiden, wie stark der Stickstoff an die Struktur bindet. Der magnetische Fingerabdruck der Struktur gibt damit Auskunft darüber, ob sich das Material als Katalysator eignet oder nicht.

Service: Link zur Studie: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.6c02509

WIEN - ÖSTERREICH: FOTO: APA/TU Wien/Patrick Lechner/Florian Aigner

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