Uni­ver­si­tät Bay­reuth: Neue Ver­fah­ren zur geziel­ten Struk­tu­rie­rung von Metalloxiden

Kul­tur­preis Bay­ern 2013 geht an Che­mie-Absol­ven­ten der Uni­ver­si­tät Bayreuth

Für sei­ne For­schungs­lei­stun­gen im Bereich der Anor­ga­ni­schen Che­mie hat Dr. Tho­mas Lun­ken­bein, der 2012 an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth mit Aus­zeich­nung pro­mo­viert hat, den dies­jäh­ri­gen Kul­tur­preis Bay­ern erhal­ten. Die Bay­ern­werk AG ver­leiht den mit 2.000 Euro dotier­ten Preis all­jähr­lich für her­aus­ra­gen­de wis­sen­schaft­li­che und künst­le­ri­sche Lei­stun­gen an den baye­ri­schen Uni­ver­si­tä­ten, Hoch­schu­len für ange­wand­te Wis­sen­schaf­ten und Kunst­hoch­schu­len. Dr. Tho­mas Lun­ken­bein zählt dabei zu den zehn Preis­trä­gern der Kate­go­rie „Uni­ver­si­tä­ten“. Bereits seit 2012 ist er Wis­sen­schaft­li­cher Mit­ar­bei­ter am Fritz-Haber-Insti­tut der Max-Planck-Gesell­schaft in Ber­lin. Vor kur­zem nahm er den Preis wäh­rend einer Fei­er­stun­de in Alt­öt­ting aus den Hän­den von Judo-Olym­pia­sie­ger Ole Bischof entgegen.

Hohes inter­na­tio­na­les Ansehen

Dr. Tho­mas Lun­ken­bein (30) stammt aus Ebens­feld bei Lichtenfels/​Oberfranken und hat an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth den Diplom­stu­di­en­gang Che­mie absol­viert. Wäh­rend sei­ner anschlie­ßen­den Pro­mo­ti­on von 2009 bis 2012 war er Mit­glied des Inter­na­tio­na­len Dok­to­ran­den­kol­legs „Struc­tu­re, Reac­ti­vi­ty and Pro­per­ties of Oxi­de Mate­ri­als“ im Eli­tenetz­werk Bay­ern und zugleich Mit­glied der Bay­reu­ther Gra­du­ier­ten­schu­le für Mathe­ma­tik und Natur­wis­sen­schaf­ten (Bay­NAT). Auf­grund der hohen inter­na­tio­na­len Wert­schät­zung sei­ner For­schungs­ideen wur­de Dr. Tho­mas Lun­ken­bein von dem U.S.-amerikanischen Wis­sen­schafts­ma­ga­zin „Sci­en­ti­fic Ame­ri­can“ in einen klei­nen Kreis der 30 viel­ver­spre­chend­sten Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­lern unter 30 Jah­ren („30 under 30“) gewählt. Im Som­mer 2013 erhielt er die Ein­la­dung, an der dies­jäh­ri­gen Tagung der Nobel­preis­trä­ger in Lin­dau teilzunehmen.

Porö­se Metall­oxi­de: inter­es­san­te Mate­ria­li­en für Katalysatoren

Sei­ne preis­ge­krön­te Dis­ser­ta­ti­on wur­de von Prof. Dr. Josef Breu, dem Inha­ber des Lehr­stuhls Anor­ga­ni­sche Che­mie I, betreut und trägt den Titel: „Meso­struk­tu­rier­te Metall­oxi­de und Poly­oxo­me­tal­la­te mit­tels iono­ge­ner Diblock Copo­ly­me­re – Syn­the­se, Cha­rak­te­ri­sie­rung und Anwen­dung“. Dahin­ter steckt ein hoch­in­no­va­ti­ves Gebiet der
Grund­la­gen­for­schung, das für zahl­rei­che Wirt­schafts­zwei­ge von erheb­li­chem Inter­es­se ist. In der phar­ma­zeu­ti­schen Indu­strie wer­den bei­spiels­wei­se Cyto­sta­ti­ka für die Tumor­be­kämp­fung oder Alka­lo­ide als Schmerz- und Betäu­bungs­mit­tel her­ge­stellt. Es han­delt sich dabei um kom­ple­xe Mole­kü­le, die aus klei­nen orga­ni­schen Ver­bin­dun­gen gewon­nen wer­den. Die­se Aus­gangs­mo­le­kü­le sind nicht als natür­li­cher Roh­stoff frei ver­füg­bar, son­dern müs­sen ihrer­seits künst­lich her­ge­stellt wer­den. Damit die­se Syn­the­se mög­lichst effi­zi­ent abläuft, ist die Indu­strie an Kata­ly­sa­to­ren inter­es­siert, wel­che die dar­an betei­lig­ten che­mi­schen Reak­tio­nen in Gang set­zen und beschleunigen.

Als Mate­ria­li­en für sol­che Kata­ly­sa­to­ren kom­men u.a. Metall­oxi­de infra­ge. Eini­ge Metall­oxi­de besit­zen auf­grund ihrer spe­zi­el­len Zusam­men­set­zung kata­ly­tisch akti­ve Zen­tren an der Ober­flä­che. Aller­dings ist ihre Effi­zi­enz zunächst ein­mal begrenzt. Damit sich ihr Ein­satz lohnt, muss sich eine mög­lichst hohe Zahl von die­sen kata­ly­tisch akti­ven Zen­tren an der Ober­flä­che der Metall­oxi­de befin­den. Dies ist der Fall, wenn die Metall­oxi­de porös sind, denn dann besit­zen sie eine gro­ße Ober­flä­che bei einem rela­tiv klei­nen Volu­men. Der­ar­ti­ge Metall­oxi­de her­zu­stel­len, die in mecha­ni­scher und ther­mi­scher Hin­sicht sta­bil sind, ist eine schwie­ri­ge Her­aus­for­de­rung. Denn die dafür benö­tig­ten Vor­stu­fen sind so reak­ti­ons­freu­dig, dass sie schnell und unkon­trol­liert sehr gro­ße und unhand­li­che Metall­oxid-Par­ti­kel bilden.

Ein neu­es Ver­fah­ren zur geziel­ten Struk­tu­rie­rung mit hohen Anwendungspotenzialen
An die­sem Pro­blem setzt die For­schungs­ar­beit von Dr. Tho­mas Lun­ken­bein an, der in sei­ner Dis­ser­ta­ti­on an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth neue Metho­den zur Syn­the­se von porö­sen Metall­oxi­den ent­wickelt hat. Ihm ist es dabei gelun­gen, die Metall­oxi­de gezielt zu struk­tu­rie­ren, statt der unkon­trol­lier­ten Ent­ste­hung gro­ßer Par­ti­kel frei­en Lauf zu las­sen. Dabei ver­wen­de­te er spe­zi­el­le Kunst­stoff-Mole­kü­le, so genann­te iono­ge­ne Diblock­co­po­ly­me­re. Die­se ver­hin­dern zusam­men mit klein­sten oxi­di­schen Bau­stei­nen, dass es bei der Her­stel­lung der Struk­tu­ren zu einer Makro­pha­sen­se­pa­rie­rung kommt, also zu einer Aus­bil­dung kunst­stoff­rei­cher Berei­che einer­seits und anor­ga­nisch rei­cher Berei­che ande­rer­seits. Die ange­streb­te kata­ly­ti­sche Wir­kung und Porö­si­tät ent­steht durch ther­mi­sche Nach­be­hand­lung der her­ge­stell­ten Strukturen.

Das preis­ge­krön­te Ver­fah­ren ist ein Mei­len­stein auf dem Weg zu einer geziel­ten Struk­tu­rie­rung porö­ser Mate­ria­li­en, die kei­nes­wegs nur für die phar­ma­zeu­ti­sche Indu­strie inter­es­sant sind. Auch in der Pho­to­vol­ta­ik, der Bat­te­rie- und Kon­den­sa­tor­tech­no­lo­gie gibt es viel­ver­spre­chen­de Anwen­dungs­po­ten­zia­le. „Dass die Bay­ern­werk AG die­se For­schungs­er­geb­nis­se jetzt mit dem Kul­tur­preis Bay­ern gewür­digt hat, ist eine ehren­vol­le Aus­zeich­nung, über die ich mich sehr freue. Das Che­mie­stu­di­um und die Pro­mo­ti­on an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth haben dafür die Grund­la­gen gelegt“, erklärt Dr. Tho­mas Lun­ken­bein. „Es han­delt sich bei der Struk­tu­rie­rung porö­ser Mate­ria­li­en um ein sehr span­nen­des For­schungs­ge­biet, bei dem Erfol­ge in der Grund­la­gen­for­schung rela­tiv schnell zu neu­en indu­stri­el­len Ver­fah­ren füh­ren kön­nen.“ Am Fritz-Haber-Insti­tut in Ber­lin setzt der Preis­trä­ger aus Bay­ern jetzt sei­ne For­schungs­ar­bei­ten fort – ein Schwer­punkt liegt dabei auf dem struk­tu­rel­len Ver­ständ­nis des­sen, was Kata­ly­sa­to­ren so ein­zig­ar­tig macht.

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