Verschachtelte metallorganische Gerüste als neuartige Wasserstoffspeicher
Der Erfolg der Wasserstofftechnologie zum Antrieb von Fahrzeugen steht und fällt mit der Speicherung des Wasserstoffs, für die bisher keine wirklich befriedigende Lösung in Sicht sei, so die Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. in einer Pressemitteilung. Ein Team aus Wissenschaftlern der University of North Carolina und des United States Department of Energy habe nun ein metall-organisches Material entwickelt, in dessen Hohlräumen Wasserstoffmoleküle „in der Falle sitzen“. „Vielleicht ein neuer Ausgangpunkt für das Design neuer Speichermedien“, so die Gesellschaft Deutscher Chemiker.
Winzige „Höhlen“ als Speicher
Das Team um Wenbin Lin arbeitet mit Verbindungen aus dem Metall Zink und speziellen organischen Molekülen mit sechs oder acht aromatischen Sechsringen als zentralem Bauelement. Aromatische Ringe seien wichtig, weil sie eine starke Anziehung auf Wasserstoffmoleküle ausüben. Wie sich gezeigt habe, kristallisierten derartige metall-organische Bausteine zu einem dreidimensionalen Gitter mit sehr großen würfelförmigen Hohlräumen. Das Besondere dabei: Vier dieser Gitter sind ineinander geschoben und durchdringen sich gegenseitig. Entsprechend verkleinern sich die kubischen Hohlräume. Über offene Kanäle sind diese winzigen „Höhlen“ von außen zugänglich. Im frischen Kristall sind sie zunächst durch Lösungsmittelmoleküle unregelmäßig besetzt. Diese „Gäste“ können leicht vollständig entfernt werden, ohne dass das Gerüst kollabiert.
Erfolg versprechende Neulinge
Die leeren Höhlen können Wasserstoffmoleküle aufnehmen. Bei einem Druck von 48 bar sei es gelungen, 1,12 (Verbindung mit sechs Ringen) bzw. 0,98 Gewichtsprozent (Verbindung mit acht Ringen) Wasserstoff darin zu speichern – und auch wieder freizusetzen. Diese Speicherkapazität entspreche etwa der von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, einem Material, das ebenfalls als Wasserstoffspeicher in der Diskussion ist. Gegenüber den Rekordhaltern in der eigenen Klasse der metallorganischen porösen Gerüste seien die zwei Neulinge nur wenig unterlegen. Die Klassenbesten verdanken ihre Überlegenheit ihrer um das Fünf- bis Zehnfache größeren inneren Oberfläche.
Wasserstoff „in der Falle“
Wie schaffen es also die beiden neuen metallorganischen Gerüste ohne eine besonders hohe Oberfläche oder ein besonders großes Porenvolumen, Wasserstoff doch so gut zu speichern? Wegen der mehreren ineinander verschachtelten Gitter kommen die Wasserstoffmoleküle in den Hohlräumen mit einer größeren Anzahl aromatischer Ringe in Kontakt als bei Poren in einem gewöhnlichen Einzelgitter. Der Wasserstoff sitzt regelrecht in der Falle. „Dieser Fallenmechanismus unserer aromatenreichen sich stark durchdringenden Gitterstrukturen“ sagt Lin, „könnte einen neuen Weg weisen für die Entwicklung effektiver metallorganischer Wasserstoffspeicher.“
22.12.2004 Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V., University of North Carolina; Department of Chemistry Solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH
