Die Forscher konzentrierten sich auf die sorgfältige Aufbereitung vieler Chemikalien, die in der Pharma-, Agrar-, Petrochemie- und Lebensmittelindustrie verwendet werden – die sogenannte Hydrierung, eine Reaktion mit molekularem Wasserstoff. Eine der notwendigen Bedingungen zur Beschleunigung und Verstärkung dieser chemischen Reaktion ist die Verwendung eines Katalysators.

Ziel ist es, kostengünstige und ungiftige Materialien zu entwickeln, die die Umwandlung organischer Verbindungen kostengünstiger und effizienter machen können.

Heute werden dafür hauptsächlich Edelmetalle wie Platin, Palladium oder Ruthenium verwendet, was die industrielle Produktion deutlich verteuert. Nickel beispielsweise dient als wirksamer Katalysator, ist aber giftig.

„Gemeinsam mit unseren deutschen Kollegen haben wir den Hydrierungsprozess von Aminen untersucht, die als Ausgangsstoffe oder Zwischenprodukte insbesondere bei der Herstellung von Arzneimitteln dienen – die Aminogruppen enthalten mehr als 40 Prozent aller Arzneimittel. Aber auch Amine spielen eine wichtige Rolle.“ B. bei der Herstellung von Farbstoffen, Kunststoffen, Tensiden, Desinfektionsmitteln oder Agrarchemikalien.Bei der Entwicklung neuer Hydrierkatalysatoren setzen wir auf Eisen und Kieselsäure, die weit verbreitete, ungiftige und kostengünstige Materialien sind“, so Manoj Gawande vom Olomouc CAtrin Institute abschließend.

Die Herstellung der neuen Nanomaterialien ist den Wissenschaftlern zufolge kostengünstig und technologisch einfach in den industriellen Maßstab zu übertragen. Das Material ist wiederverwendbar und hochwirksam bei der Synthese verschiedenster Amine.

„Dank seiner chemischen Zusammensetzung und Topographie können wir ihn uns als die Oberfläche des Mars vorstellen, nur wenige Male kleiner. Aus der Quarzmasse wachsen stäbchenförmige Eisen-Nanopartikel, die auf der Oberfläche des Katalysators eine Art Krater bilden. Die Eisen-Nanopartikel sind mit einer Multimeter-Eisenoxidhülle überzogen, was offensichtlich sehr wichtig ist, um hohe Aminausbeuten zu erzielen. Ebenso wichtig ist das Vorhandensein von Aluminium in geringen Mengen“, erklärt Material von Radek Zbořil von CAtrin und VŠB-TUO.

Die Klärung des Zusammenhangs zwischen der chemischen Zusammensetzung des Katalysators und seiner herausragenden Effizienz sei die größte Herausforderung für das tschechisch-deutsche Team.

Laut Matthias Beller, Leiter des deutschen Teams und Direktor des Leibniz-Instituts für Katalyse in Rostock, handelt es sich um „fast wundersame Nanomaterialien“.

„Alle Komponenten darin haben eine bestimmte Rolle. Ich glaube, dass diese Zusammenarbeit einen großen Einfluss auf die weltweiten Bemühungen haben kann, kostengünstige, industriell einsetzbare Katalysatoren zu finden, die die bisher verwendeten Edelmetalle ersetzen können und die auch in anderen wichtigen Reaktionen mit molekularem Wasserstoff funktionieren“, fügte Beller hinzu.

Forscher haben Nanomaterialien in mehr als 80 organischen Reaktionen erfolgreich getestet, darunter die Synthese sogenannter Fettamine.

Es wird häufig bei der Herstellung von Agrarchemikalien, Kosmetika, antimikrobiellen Mitteln und vielen anderen Produkten verwendet. Ihr Marktumsatz beträgt nach Angaben von Vertretern der Palack University mehr als drei Billionen US-Dollar.

Die Ergebnisse der tschechisch-deutschen Forschung wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Catalysis veröffentlicht.