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Forschungszentrum Jülich - Forschen in Jülich 3_2012

Forschen in Jülich 3|201212 D as etwa drei Zentimeter große Ex- emplar sieht nicht anders aus als ein gewöhnliches Stück Metall: dunkelgrau, hart, glatt und glänzend. Aber chemisch gesehen ist das Material etwas Besonderes, erklärt Dr. Michael Feuerbacher vom Peter Grünberg Insti- tut: „Die Struktur ist hochkomplex und die Eisen- und Aluminiumatome sitzen alle auf genau definierten Plätzen.“ Da- her sprechen Fachleute von einer kom- plexen Legierung. Gewöhnliche Metallle- gierungen haben hingegen einen sehr einfachen Aufbau. Als Katalysator dieses Prozesses setzt die Industrie derzeit das seltene und damit sehr teure Edelmetall Palladi- um ein. Zusammen mit Kollegen vom Max-Planck-Institut für Chemische Phy- sik fester Stoffe in Dresden und der Lud- wig-Maximilians-Universität München testeten die Jülicher Forscher als Alter- native die vielversprechende Eisen-Alu- minium-Verbindung. Aluminium und Ei- sen sind auf der Erde im Überfluss vorhanden und daher viel günstiger als Palladium. Groß war die Freude, als sich im La- bor zeigte, dass die neue Verbindung bei der Reaktion ähnlich gut abschnitt. „Und das beim allerersten Versuch“, betont Feuerbacher. Der altbewährte Palladi- um-Katalysator hat in den letzten Jahr- zehnten unzählige Optimierungsschlei- fen durchlaufen. Dagegen ist der Aluminium-Eisen-Kristall noch wie ein ungeschliffener Rohdiamant. Mit ein we- nig Entwicklungsarbeit wird er vermut- lich genauso gut oder sogar besser wer- den als Palladium. „Das ist schon fast wie der alte Alchemistentraum“, sagt Feuerbacher: „Gold zu machen aus et- was weniger Wertvollem.“ DIE STRUKTUR MACHT’S Der Trumpf des Kristalls ist die Art, wie die Aluminium- und Eisenatome in ihm angeordnet sind. Die Umwandlung von Ethin zu Ethen findet ausschließlich an den Eisenatomen statt. Damit das klappt, müssen sie aber einen bestimm- ten Abstand zueinander haben. Liegen zwei Eisenatome zu nah beieinander, schießt die Reaktion übers Ziel hinaus: Das entstehende Ethen wird noch weiter umgewandelt zum Ethan, das keine Kunststoffketten bilden kann. Sind die Eisenatome aber zu weit auseinander, läuft gar keine Reaktion mehr ab. „Die Eigenschaften eines Materials hängen eng mit seiner Struktur zusam- men“, erläutert Mitarbeiter Dr. Marc Heg- gen. „Derartig komplexe Materialien müs- sen einfach auch interessante Eigenschaf- ten haben.“ Dass dem tatsächlich so ist, hat sich gerade wieder gezeigt: Der be- sagte Aluminium-Eisen-Kristall der Jüli- cher eignet sich hervorragend als Kataly- sator, sprich als Hilfsstoff für eine in der Industrie extrem bedeutende Reaktion. CLOU FÜR REISSFESTE PLASTIKTÜTEN Bei der Reaktion geht es darum, Ethin, auch Acetylen genannt, in Ethen (Ethylen) umzuwandeln. Die beiden Ver- bindungen sind einander sehr ähnlich. Doch während unzählige aneinanderge- reihte Ethen-Moleküle den reißfesten Tüten-Kunststoff Polyethylen ergeben, entsteht in Anwesenheit von Ethin ein Kunststoff, der bereits bei der gerings- ten Beanspruchung reißt. Industriell ein- gesetztes Ethen enthält aber immer auch geringe Mengen Ethin. Bevor es an die Herstellung des Kunststoffs geht, muss es daher zu Ethen umgewandelt werden. Was haben Kristalle mit Plastiktüten zu tun? Sehr viel sogar: Ein in Jülich ent- wickelter Kristall aus Eisen und Aluminium könnte in Zukunft bei der Herstellung des Kunststoffs Polyethylen helfen – dem Grundstoff für Tüten und Co. Der Aluminium-Eisen- Kristall mit der komplexen Struktur lässt sich aus einer glühenden Schmelze der beiden Metalle gewinnen.

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