{"id":204332,"date":"2020-01-15T17:00:58","date_gmt":"2020-01-15T16:00:58","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=204332"},"modified":"2020-01-15T17:00:58","modified_gmt":"2020-01-15T16:00:58","slug":"chrom-kann-edelmetalle-in-chemischen-anwendungen-ersetzen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/chrom-kann-edelmetalle-in-chemischen-anwendungen-ersetzen\/","title":{"rendered":"Chrom kann Edelmetalle in chemischen Anwendungen ersetzen"},"content":{"rendered":"

Damit chemische Anwendungen wirklich nachhaltig sind, bedarf es entsprechender Rohstoffe. <\/em>Viele Techniken sind jedoch bisher nur mit dem Einsatz von teuren Edelmetallen oder Seltenerdmetallen m\u00f6glich \u2013 und deren Gewinnung kann gravierende Umweltauswirkungen haben. Das ist insofern problematisch, als besonders Massenprodukte, wie Pharmazeutika und technische Ger\u00e4te von diesem Problem betroffen sind.<\/p>\n

Metalle, die in hohen Mengen zur Verf\u00fcgung stehen und umweltfreundlicher gewonnen werden k\u00f6nnen, wie etwa Chrom, wurden bisher wegen mangelnder Eigenschaften nicht eingesetzt.<\/p>\n

Problematisch ist insbesondere die chemische Anwendung der Photokatalyse. <\/em>Diese basiert auf einer lichtgetriebenen Reaktion und wird zum Beispiel bei der Synthese von Pharmazeutika oder Feinchemikalien eingesetzt.<\/p>\n

Katja Heinze von der Johannes Gutenberg Universit\u00e4t <\/em><\/a>in Mainz forscht schon seit L\u00e4ngerem an dem Problem. Jetzt gelang es ihr in einem l\u00e4nder\u00fcbergreifenden Team nachzuweisen, dass Chromverbindungen teure Edelmetalle in der Photokatalyse ersetzen k\u00f6nnen.<\/p>\n

Umweltsch\u00e4dliche Gewinnung von Edelmetallen<\/h3>\n

Beispiele f\u00fcr Anwendungen in Photochemie und Photophysik sind phosphoreszierende organische Leuchtdioden, farbstoffsensibilisierte Solarzellen oder lichtbetriebene chemische Reaktionen. F\u00fcr die meisten werden Edelmetalle wie Gold, Platin, Ruthenium, Iridium oder Seltenerdmetalle verwendet. Edelmetalle sind jedoch knapp und deshalb teuer.<\/p>\n

Der Abbau Seltener Erden-Elemente konzentriert sich auf wenige L\u00e4ndern, insbesondere auf China. Ihre Gewinnung ist oft mit einem erheblichen Verbrauch von Wasser, Energie und Chemikalien verbunden. In einigen F\u00e4llen, wie zum Beispiel beim Goldabbau, werden sogar hochgiftige Substanzen wie Zyanid oder Quecksilber eingesetzt.<\/p>\n

Chrom ist ausreichend vorhanden<\/h3>\n

Hingegen ist das Metall Chrom in der Erdkruste ausreichend vorhanden \u2013 und \u00fcbersteigt zum Beispiel das Vorkommen von Iridium um das 100.000-fache. Deren Einsatz f\u00fcr chemische Anwendungen ist bis jetzt an mangelnden Eigenschaften in der Photokatalyse gescheitert – insbesondere wenn es um die Lebensdauer ihrer elektronisch angeregten Zust\u00e4nde geht.<\/p>\n

Die Fortschritte, die zuletzt im Bereich der Photokatalyse gemacht wurden, sind nicht zuletzt dem Team um Professor Katja Heinze<\/a> zuzuschreiben.<\/p>\n

Molekulare Rubine als Chromverbindung<\/h3>\n

Das Team entwickelte bereits die molekularen Rubine<\/em> \u2013 das sind wasserl\u00f6sliche molekulare Verbindungen, die \u2013 wie der namengebende Rubin \u2013 das Element Chrom enthalten. Diese weisen au\u00dfergew\u00f6hnlich gute Leuchteigenschaften, also Lumineszenz-Quantenausbeuten, auf und wurden bereits in molekularen Thermometern und in Drucksensoren angewendet.<\/p>\n

Aufbauend auf dem molekularen Rubin<\/em> gelang nun ein weiterer Durchbruch: Alle typischen Zerfallskan\u00e4le des elektronisch angeregten Zustands eines molekularen Rubins<\/em> wurden so effizient blockiert, dass der angeregte Zustand au\u00dfergew\u00f6hnlich lange bestehen bleibt.<\/p>\n

Das Experiment wurde bei Raumtemperatur in fl\u00fcssiger L\u00f6sung durchgef\u00fchrt und die Lebensdauer des elektronisch angeregten Zustands erh\u00f6hte sich auf einen Rekordwert von 4,5 Millisekunden.<\/p>\n

\"Chrom,
Chrom (c) Steffen Treiling<\/figcaption><\/figure>\n

Erh\u00f6hte Lebensdauer des angeregten Zustands<\/h3>\n

Der Effekt basiert auf der Laporte-Regel<\/em> die auf den Physiker Otto Laporte<\/a> zur\u00fcckgeht. Diese besagt, dass die erh\u00f6hte Lebensdauer des angeregten Zustands auf die hohe molekulare Symmetrie des molekularen Rubins zur\u00fcckzuf\u00fchren ist.<\/p>\n

Vergleicht man die Lebensdauer angeregter elektronischer Zust\u00e4nde mit jenen von Eisenverbindungen, dann liegt die erzielte Steigerung beim etwa Zehn- bis Zw\u00f6lffachen.<\/p>\n

Chrom als Ersatz f\u00fcr Edelmetalle<\/h3>\n

Die Lumineszenz-Quantenausbeute dieses molekularen Rubins<\/em> betr\u00e4gt trotz der sehr langen Lebensdauer bis zu 8,2 Prozent. Folglich sollten auch Anwendungen in der Display- und Sensortechnik damit m\u00f6glich sein. Dar\u00fcber hinaus zeigten die Forschenden, dass die Chrom-Verbindung klassischen Edelmetallkomplexen auch in der Photokatalyse \u00e4hnelt.<\/p>\n

Mit der Anwendbarkeit in der Photokatalyse k\u00f6nnte Chrom also in Zukunft teure Ruthenium- und Iridiumverbindungen ersetzen – und deren Gewinnung w\u00fcrde die Umwelt nicht l\u00e4nger belasten.<\/p>\n

Publikation:<\/strong><\/p>\n

Steffen Treiling et al.
\nLuminescence and Light\u2010Driven Energy and Electron Transfer from an Exceptionally Long\u2010Lived Excited State of a Non\u2010Innocent Chromium(III) Complex<\/a>; Angewandte Chemie International Edition, 10. Oktober 2019; DOI: 10.1002\/anie.201909325<\/p>\n

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Forscher entdecken Seltene Erden in der Atmosph\u00e4re eines Exoplanete<\/a><\/p>\n

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