Forscher aus den USA und China haben ungewöhnlich geformte Platinkristalle mit 24 Flächen hergestellt, die die Grundlage für die Entwicklung besserer Katalysatoren sein könnten: Gestaltet wie ein Würfel, bei dem auf jeder Fläche eine vierseitige Pyramide steht, katalysieren sie Reaktionen wie die Oxidation von Treibstoffen oder die Spaltung von Wasser zur Gewinnung von Wasserstoff bis zu viermal effizienter als bislang verwendete Platinvarianten. Verantwortlich dafür ist die Beschaffenheit der Kristallflächen, die viele winzige Stufen und Unebenheiten aufweisen, an denen die Reaktionen stattfinden können. Um jedoch wettbewerbsfähig zu werden, müssen die Teilchen noch verkleinert werden, so die Forscher.
Um ihre merkwürdigen Kristalle herzustellen, setzten die Wissenschaftler winzige Platinkügelchen auf eine Kohlenstoffoberfläche, bedeckten sie mit einer Mischung von Ascorbinsäure und Schwefelsäure und legten anschließend eine Gleichspannung an, deren Orientierung zehn bis zwanzigmal pro Sekunde wechselte. Durch diese Behandlung lösten sich die Kügelchen auf und lagerten sich anschließend in der ungewöhnlichen Kristallform neu zusammen. Den Forschern gelang es dabei, den Prozess so gut zu kontrollieren, dass die Teilchen alle etwa die gleiche Größe hatten.
In den ersten Tests schnitten die 24-flächigen Kristalle bereits ziemlich gut ab, berichten die Wissenschaftler. So blieb ihre Form auch bei Temperaturen bis 800 Grad Celsius stabil, was in zukünftigen Anwendungen ein Recycling der Teilchen möglich macht. Ihre ungewöhnliche Gestalt verbesserte außerdem ihre katalytische Aktivität: Verglichen mit herkömmlichen kugel-, würfel- oder tetraederförmigen Platinteilchen waren die facettenreichen neuen Kristalle bei gleicher Oberflächengröße bis zu viermal effizienter.
Einen Wermutstropfen gibt es allerdings noch: Mit einem Durchmesser von durchschnittlich etwa 80 Millionstel Millimeter sind die neuen Kristalle mehr als zwanzigmal größer als die Platinteilchen, die momentan für die Katalyse genutzt werden. Damit ist auch die zur Verfügung stehende Oberfläche pro Gewichtseinheit kleiner, so dass für die gleiche Katalyseleistung mehr Platin benötigt wird. Die Wissenschaftler wollen nun jedoch daran arbeiten, ihre Teilchen zu verkleinern, ohne die Form zu verändern. Bessere Platinkatalysatoren gelten unter anderem als Voraussetzung für die effiziente Produktion von Wasserstoff und die wirtschaftliche Nutzung alternativer Treibstoffe wie Ethanol oder Ameisensäure. Auch könnten sie helfen, die Effizienz industrieller Prozesse und von Fahrzeugkatalysatoren zu verbessern.
Zhong Lin Wang (Georgia Institute of Technology, Atlanta) et al.: Science, Bd. 316, S. 732 ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
