RUBENS Nr. 162 - 1. Juli 2012
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Kohlenstoffwinzlinge zähmen

Humboldt-Stiftung fördert Chemiker Zhenyu Sun

Manche von ihnen sind noch nicht einmal einen Nanometer dick und sie tun sich gern in Grüppchen zusammen: winzige Kohlenstoffröhrchen, die die Basis für extrem belastbare Materialien sind. Damit sie diesem Zweck dienen können, dürfen die Röhrchen nicht im Paket zusammenkleben. Dafür gesorgt hat Juniorprofessor Dr. Zhenyu Sun aus China am Lehrstuhl für Technische Chemie von Prof. Dr. Martin Muhler. Er bereitet die Nanoröhrchen auch für Anwendungen in der Katalyse vor. Die Alexander von Humboldt-Stiftung fördert den Gastwissenschaftler für 18 Monate.

Obwohl das Stipendium erst im April 2012 startete, kam Zhenyu Sun bereits im Mai 2011 nach Bochum; er ist schon in mehrere Forschungsprojekte verstrickt. Jetzt arbeitet er daran, die kleinen Kohlenstoffröhrchen für die Herstellung von Katalysatoren und die Synthese neuer Materialien, z.B. für die Raumfahrt, tauglich zu machen. „Die Forschungsbedingungen hier sind wirklich gut“, sagt der Chemiker, der zuvor in Dublin und Peking arbeitete. „Wir haben eine sehr gute Ausstattung im Labor und Prof. Muhler ist sehr bekannt auf dem Gebiet der heterogenen Katalyse.“

Effizient

Heterogene Katalyse – das bedeutet, dass Katalysator und reagierende Stoffe in unterschiedlichen Phasen vorliegen, z.B. fest und flüssig. Kohlenstoffnanoröhrchen können mit Metallpartikeln zusammenarbeiten, um eine bestimmte chemische Reaktion zu fördern – etwa die Produktion von Anilin, aus dem die Industrie u.a. Farbstoffe und Kunstfasern herstellt. Die bislang verwendeten Katalysatoren sind allerdings nicht besonders effizient. Aus Platin und Kohlenstoffröhrchen hat Zhenyu Sun nun einen zehnmal aktiveren Katalysator zusammengesetzt, der die verfügbaren Ausgangsstoffe noch selektiver in Anilin umwandelt als herkömmliche Katalysatoren. Die Herausforderung dabei: „Es ist schwer, die Größe der Platinpartikel zu kontrollieren und sie auf der Oberfläche der Kohlenstoffröhrchen zu befestigen.“ Mit einer speziellen Methode, der Hochenergie-Ultraschallbehandlung, gelang es dem Forscher, sehr kleine Metallpartikel zu erzeugen und so gut wie alle von ihnen auf der Kohlenstoffoberfläche unterzubringen.
Die gleiche Methode hilft Zhenyu Sun auch dabei, die extrem kleinen Kohlenstoffröhrchen zu entwirren, um sie für die Synthese von Verbundstoffen vorzubereiten (s. Kasten). Der Chemiker hat schon viele Ergebnisse erzielt und publiziert, aber trotzdem noch reichlich Pläne – nicht nur mit Kohlenstoffnanoröhrchen. Er versucht z.B. auch, Graphit in sog. Graphen umzuwandeln, das eines Tages als Katalysator in Brennstoffzellen zum Einsatz kommen könnte.
„Ich bin sehr glücklich, in der Chemie forschen zu können – obwohl ich in der Schule nie besonders gut darin war“, sagt er. „Da waren eher Mathe und Geschichte meine Stärken. Aber nach der Aufnahmeprüfung fürs College bin ich am Chemie-Lehrstuhl gelandet. Wir haben ein paar Experimente gemacht und die Ergebnisse waren immer anders als erwartet. So habe ich die Chemie lieben gelernt!“ Sein Ziel für die Forscherkarriere ist klar gesteckt: Zhenyu Sun möchte ein führender Professor auf seinem Forschungsgebiet werden. Bevor er zurück nach China geht, plant er, mehr Forschungserfahrung im Ausland zu sammeln, wo er besonders die Diskussionen mit anderen Wissenschaftlern schätzt.

Entspannt

„Für mich sind die Lebensbedingungen in Deutschland sehr beeindruckend – sehr entspannt. Hier kannst Du alles machen.“ Aus China ist der Wissenschaftler größeren Druck gewohnt und vor allem weniger Freiheit bei der Wahl des Forschungsthemas. Trotzdem vermisst er seine Heimat, besonders seine Familie mit seinem drei Jahre alten Sohn. Immer mal wieder reist er nach China und vielleicht wird seine Familie ihn auch mal in Deutschland besuchen. Für den Fall hat er schon ein paar kulinarische Empfehlungen parat: „Ich mag chinesisches Essen wirklich gern und brauche chinesisches Essen. Aber der Käse hier ist wirklich gut! Und das Bier – fantastisch!“


Wenn’s für Nanoröhrchen heiß wird
Um die Kohlenstoffröhrchen mit langkettigen Molekülen (Polymeren) zu Industriewerkstoffen zu verbinden, müssen sie einzeln in flüssiger Phase vorliegen. Das schafft Zhenyu Sun mit Hilfe der Hochenergie-Ultraschallbehandlung. Diese Methode erzeugt Mikro-Luftblasen, die beim Kollabieren Schockwellen mit einem Druck von 20 Megapascal und einer Temperatur von 5.000 Kelvin durch die Flüssigkeit schicken. Durch die frei werdende mechanische Energie können stabilisierende Moleküle zwischen die einzelnen Kohlenstoffröhrchen gequetscht werden. Welche Stabilisatoren sich dafür am besten eignen, hat der Chemiker aus China auch schon untersucht.

jwe; Foto: Nelle | Themenübersicht