Gold ist ein weltweit begehrtes Edelmetall. Aber neben der üblichen Verwendung für Schmuckstücke weist das Metall auch einige chemische und physikalische Eigenschaften auf, die es besonders machen. Dank seiner atomaren Eigenschaften hat es einen besonderen Glanz und eine hohe Beständigkeit. Gold ist dank seiner Eigenschaften auch ein wertvoller Helfer in der Chemie, Medizin und in der Physik. Forscher des Tata Instituts für Grundlagenforschung in Mumbai haben nun herausgefunden, das Gold-Nanopartikel von einer bestimmten Größe dafür verwendet werden können, CO2 in den Treibstoff Methan umzuwandeln.





Schwarzes Gold: Nanogold-Partikel verändern unter Sonnenlicht die Farbe

Wenn Gold zu kleinen Kügelchen in Nanogröße verkleinert und in bestimmten Abständen positioniert werden, werden sie zu sehr effektiven Strahlungsabsorbern. So können sie sowohl das sichtbare Sonnenlicht als auch dessen nahinfraroten Strahlungsanteil absorbieren. Die Folge ist ein Phänomen, das auch als „schwarzes Gold“ bezeichnet wird. Während der Absorption der Strahlung wird das Gold nämlich tiefschwarz.

Das Team rund um Mahak Dhiman vom Tata Institut für Grundlagenforschung in Mumbai hat nun herausgefunden, dass das schwarze Nanogold auch für die Produktion umweltfreundlicher Treibstoffe und andere Chemikalien geeignet ist. Die Forscher haben eine Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie Gold-Nanopartikel auf poröse Mikrokugeln aus Silikatsubstrat aufbringen. Die dabei entstehenden Gold-Kolloidosomen lassen sich mit verschiedenen Abständen und Größen der Gold-Nanopartikel herstellen.





Schwarzes Gold erhitzt Wasser

Die Forscher fanden eine Kolloidosomen-Variante, die das Sonnenlicht optimal absorboert. Die tiefschwarzen Mikrokügelchen können in Wasser gelöst werden und heizen dieses dann bei der Bestrahlung mit Sonnenlicht bereits nach einer Stunde auf 88 Grad auf. „ Wir haben das Material sogar als Nanoheizung genutzt, um Meerwasser durch Verdampfen in Trinkwasser umzuwandeln – mit ausgezeichneter Effizienz. Die Nanogold-Kolloidosomen erzeugten Wasserdampf aus Wasser mit einer Effizienz von 78 Prozent„, berichtet das Team.

Diese beeindruckende Heizwirkung der Nanogold-Kolloidosomen lässt sich auf einen physikalischen Resonanzeffekt zurückführen. Auf der Oberfläche der Kügelchen bilden sich Zonen, in denen sich Wärme und elektromagnetische Felder konzentrieren. Diesen Effekt bezeichnet man als plasmonische Resonanz. Im Falle der Golfkügelchen ist diese groß genug, um auch das Umfeld mit aufzuheizen.

Nanogold-Kügelchen als Katalysator für chemische Reaktionen

Interessanter noch als das Entsalzen von Meerwasser mit Hilfe der Kügelchen ist ein weiterer Effekt der Kolloidosomen mit Nanogold: Sie können als effektive Photokatalysatoren wirken und chemische Reaktionen beschleunigen. So können dank der plasmonischen Resonanz mit den Goldkugeln beispielsweise Alkohole oxidiert und andere organische Reaktionen angestoßen werden. Außerdem – und jetzt wird es wirklich interessant – bieten die Nanogold-Kolloidosomen die Möglichkeit, CO2 in den energiereichen Brennstoff Methan umzuwandeln. Das Team löste die Kolloidosomen in Wasser mit Isopropanol und leitete dann CO2 hindurch. Während der Bestrahlung mit einer Sonnenlichtlampe bildeten sich zwischen 1,5 und 2 Mikromol Methan pro Gramm der Kügelchen.

„ In diesem Stadium ist die Produktionsrate von Methan noch gering. Aber schon in den kommenden Jahren könnten wir die Methode optimieren und dann CO2 auch in kommerziellem Maßstab zu Treibstoff umwandeln – unter atmosphärischen Bedingungen und mithilfe des Sonnenlichts„, so die Forscher.

Die Nanogold-Kolloidosomen könnten als zu einem Verfahren werden, mit dem energiereiche Treibstoffe mit der Hilfe von Sonnenlicht hergestellt werden. Gleichzeitig könnte bei derartigen Verfahren CO2 verwendet werden, das vorher aus der Atmosphäre gewonnen wurde. Bis dahin haben die Forscher aber noch ein wenig Arbeit vor sich.

via Royal Society of Chemistry

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