Chemie (Materie und Technologie)

 

Aus Graphen lassen sich Diamant-Nanopartikel mit bestimmter Größe und gewünschten Eigenschaften herstellen

Am 11. Juni fand in Berlin die Auftaktveranstaltung zum Forschungsprojekt ASCEND statt, das die Entwicklung neuer Katalysatoren beschleunigen und damit die Grundlage für eine klimaneutrale chemische Produktion schaffen soll

Nacktkiemer erzeugen ihre bunten Muster durch Strukturfarben, die sie ähnlich wie impressionistische Maler in Tupfen anordnen

Die Wiederverwertung von Abfall ist ein Grundpfeiler nachhaltiger Produktions- und Energiesysteme. Dabei spielen Stoffumwandlungen kleiner Moleküle eine entscheidende Rolle. Diese sind ohne Katalysatoren, also Stoffen, welche die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen, nicht realisierbar. Die elektrochemische Produktion von chemischen Grundstoffen unter Einsatz von grünem Strom spielt hier eine Schlüsselrolle. Um solche Prozesse im industriellen Maßstab nutzen zu können, benötigen wir grundsätzlich bessere Katalysatoren als sie heute verfügbar sind.

Metallische Einzel-Elektronen-Bauelemente lassen sich als hochempfindliche lokale Elektrometer und primäre Thermometer einsetzen. Sie funktionieren bei tiefen Temperaturen und zeigen keine Abhängigkeiten von angelegten hohen Magnetfeldern. So sind sie ideale Sensoren, um die elektronischen und thermodynamischen Eigenschaften von Quantenmaterialien zu studieren.

Kohlenstoff ist ein zentrales Element des Periodensystems und bildet verschiedene Allotrope, darunter Graphit und Diamant. Neueste Forschungen des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung haben Fullerene und Kohlenstoffnanoröhrchen in schweren Erdölfraktionen entdeckt. Das ist bemerkenswert, da Fullerene normalerweise mit hochenergetischen Ereignissen assoziiert werden. Mithilfe modernster analytischer Methoden und theoretischer Berechnungen wurden verschiedene Fullerene von C30 bis C150 charakterisiert, was neue Perspektiven in der Kohlenstoffforschung eröffnet.

Künstliche Photosynthese nutzt Sonnenlicht, um chemische Reaktionen anzutreiben. In der Abteilung Kolloidchemie wurden dafür Kohlenstoffnitrid-Katalysatoren entwickelt, die effizient, langlebig und aus einfachen Ausgangsstoffen herstellbar sind. Unsere Arbeiten eröffnen praxisnahe Perspektiven für die CO₂-Reduktion, die lichtgetriebene Herstellung von Wasserstoffperoxid sowie das Upcycling von Kunststoffen – und positionieren das Feld als flächige, nachhaltige Ergänzung zur industriellen Chemie.

Das Metalloenzym Nitrogenase hilft Mikroben dabei, Stickstoff aus der Luft in Ammoniak umzuwandeln – ein lebenswichtiger, aber noch immer unvollständig verstandener Prozess. Mithilfe einer neuen elektrochemischen Methode, kombiniert mit Infrarotspektroskopie, konnten wir Veränderungen im aktiven Zentrum des Enzyms in Echtzeit beobachten. Dazu zählen die seit langem vermuteten Protonierungsvorgänge sowie die Art und Weise, wie Kohlenmonoxid gebunden wird, das Enzym hemmt und wieder freigesetzt wird. Unser Ansatz eröffnet ein völlig neues Fenster in die Funktionsweise dieses Enzyms.

Neue Erkenntnisse zu Raumladungseffekten könnten die Effizienz verbessern

Wiederaufladbare Batterien (Akkus) haben unser Leben verändert, von Elektrofahrrädern bis hin zu Elektroautos, von heimischen Solarkraftwerken bis zu Gartengeräten. Doch sie haben auch Nachteile: Batterien laufen aus und können brennen. Deshalb wird an der Entwicklung von Feststoffbatterien gearbeitet, die sicherer und leistungsfähiger sind. Unsere Gruppe untersucht Feststoffbatterien auf mikroskopischem Niveau, um Alterungserscheinungen zu verstehen, zu reduzieren und deren Leistung zu verbessern. 

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Aus Graphen lassen sich Diamant-Nanopartikel mit bestimmter Größe und gewünschten Eigenschaften herstellen

Am 11. Juni fand in Berlin die Auftaktveranstaltung zum Forschungsprojekt ASCEND statt, das die Entwicklung neuer Katalysatoren beschleunigen und damit die Grundlage für eine klimaneutrale chemische Produktion schaffen soll

Nacktkiemer erzeugen ihre bunten Muster durch Strukturfarben, die sie ähnlich wie impressionistische Maler in Tupfen anordnen

Neue Erkenntnisse zu Raumladungseffekten könnten die Effizienz verbessern

Auch die chemische Industrie muss sich von fossilen Rohstoffen verabschieden, um den Ausstoß von Treibhausgasen, aber auch Abfall zu vermeiden. Eine Kreislaufwirtschaft in der Chemieproduktion könnte das möglich machen.

Max-Planck entwickelt gemeinsam mit dem australisch-britischen Batteriehersteller Gelion Natrium-Schwefel-Batterien

Nanokäfige aus Linalool und Schwefel erhöhen die Lebensdauer und Speicherkapazität von Natrium-Schwefel-Akkus
 

Ambrox, das in vielen Parfums enthalten ist, wurde früher aus dem Ambra von Pottwalen gewonnen. Inzwischen wird es chemisch synthetisiert - dafür gibt es nun einen einfacheren Weg.

Seit über 100 Jahren nutzt die chemische Industrie eine Reaktion mit explosiven Chemikalien – nun haben Mülheimer Wissenschaftler eine sicherere Alternative entdeckt

Ein neues Katalysatorkonzept schafft die Grundlage für eine großtechnische Methanisierung von Kohlendioxid

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Was macht eine echte Kreislaufwirtschaft so herausfordernd – technisch, wirtschaftlich, gesellschaftlich? Kai Sundmacher, Direktor am Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme, und Dietmar Harhoff, Direktor am Max-Planck-Institut für Innovation und Wettbewerb, sprechen im Doppelinterview über nötige Anreize, langlebige Produkte und die Macht kleiner Entscheidungen

Max-Planck-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben 2024 viele hochkarätige Veröffentlichungen publiziert. Wir haben eine Auswahl getroffen und stellen Ihnen zwölf Highlights vor

Das Global Fire Monitoring Center, das der Feuerökologe Johann Georg Goldammer leitet, verfolgt neue Ansätze im Umgang mit dem Feuer

Ein Gespräch mit Max-Planck-Direktor Robert Schlögl über die Gaskrise und die Energiewende

Materialien, die Strom ohne Verluste leiten können, würden in vielen Bereichen die Energieeffizienz erhöhen. Dafür müssten allerdings die Temperaturen, bei denen diese Supraleitung auftritt, praxistauglicher werden. Mikhail Eremets und sein Team am Max-Planck-Institut für Chemie sind diesem Ziel deutlich näher gekommen 

Mit der Entdeckung, dass sich auch kleine organische Moleküle hervorragend als Katalysatoren eignen, gehört Benjamin List zu den Pionieren eines neuen Forschungsfeldes in der Chemie. Ein Porträt des Direktors am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung und Chemie-Nobelpreisträgers 2021.

Dierk Raabe, Direktor am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf, erklärt, welche Möglichkeiten Industrieunternehmen heute schon haben, um das Ziel einer nachhaltigen Metallwirtschaft zu erreichen

Die Metallindustrie und Materialwissenschaft haben zahlreiche Möglichkeiten, metallische Werkstoffe klimafreundlicher zu machen

Ausgerechnet CO2 könnte der chemischen Industrie helfen, ihre Klimabilanz zu verbessern. Mit Energie aus erneuerbaren Quellen könnte es sich in Komponenten für Kunststoffe und andere Produkte einbauen lassen – wenn sich dafür geeignete Katalysatoren und Produktionsverfahren finden. Danach suchen Forscher um Walter Leiter am Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr

Nanopartikel aus dem Sekret von Stummelfüßern bilden unter der Wirkung von Scherkräften Polymerfäden, die in Wasser recycelt werden können.

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In den Berliner Bolle Sälen sprach die Wissenschaftsjournalistin und Chemikerin Mai Thi Nguyen-Kim mit dem Chemie-Nobelpreisträger Benjamin List über Katalysatoren – solche, für die er im Jahr zuvor den Nobelpreis erhalten hatte, aber auch solche, die sein Privatleben nachhaltig geprägt haben.

Der Chemie-Nobelpreisträger beantwortet heute um 17:45 Uhr am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr Fragen von Journalistinnen und Journalisten. Wir übertragen die Pressekonferenz live auf unserem YouTube-Kanal

YouTuberin Mai Thi Nguyen-Kim von maiLab im Gespräch mit Chemie-Nobelpreisträgerin Emmanuelle Charpentier über die Entdeckung, die die Gentechnik revolutioniert hat – die Gen-Schere CRISPR-Cas9 – und die Möglichkeiten des Genome Editing. Dieses Interview fand im Rahmen der 72. Hauptversammlung der Max-Planck-Gesellschaft statt  und brachte Emmanuelle Charpentier in Berlin und Mai Thi Nguyen-Kim in Frankfurt zusammen in einen Raum – dank Greenscreen.

Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften hat in diesem Jahr Prof. Dr. Emmanuelle Charpentier, Direktorin der Max-Planck-Forschungsstelle für die Wissenschaft der Pathogene für ihre bahnbrechenden Arbeiten zu CRISPR-Cas9, einem Werkzeug zur Genom-Editierung, mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. Sie teilt sich den Preis mit Jennifer Doudna, Molekularbiologin an der University of California, Berkeley.

Holz und Stroh bestehen aus Cellulose und Lignin, deren molekulare Bausteine als Treibstoffe oder als Rohstoffe für die chemischen Industrie interessant sind. Doch die Biopolymere in ihre Bestandteile zu zerlegen, ist schwierig. Gefragt sind hier Katalysatoren, die diese Prozesse erleichtern und zu brauchbaren Produkten dirigieren.

Plastik, Düngemittel, Medikamente: Bei der Herstellung chemischer Produkte wirkt oft ein „Zaubermittel“ mit, das die Reaktion beschleunigt und viel Energie spart. Diese Katalysatoren gab es lange Zeit nur in zwei Varianten, als Enzyme oder Metalle. Bis Benjamin List entdeckte, dass das kleine organische Molekül Prolin, die selben katalytischen Fähigkeiten besitzt

Was hat ein Hühnerei mit dem Grippe-Impfstoff zu tun? Jede Menge: In Hühnereiern werden Impfstoffe hergestellt. Wissenschaftler vom Magdeburger Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme forschen an Alternativen.

Zwei Punkte, die enger als 200 Nanometer beieinanderliegen – das entspricht in etwa dem Zweihundertstel einer Haaresbreite –, können mit Lichtmikroskopen nicht mehr unterschieden werden. Grund dafür ist die Wellennatur des Lichts, dessen halbe Wellenlänge in etwa diesen 200 Nanometern entspricht. Doch die vom Physiker Stefan Hell entwickelte STED-Mikroskopie umgeht mit einem chemischen Trick diese magische Grenze und ermöglicht Forschenden neue faszinierende Einblicke in die Nanowelt lebender Zellen. Für diese Pionierarbeit auf dem Gebiet der Fluoreszenzmikroskopie zeichnete ihn das Nobelpreis-Komitee in Stockholm 2014 zusammen mit Eric Betzig und William E. Moerner mit dem Nobelpreis für Chemie aus.

Gerhard Ertl ist Träger des Chemie-Nobelpreises 2007. Ausgerechnet an seinem 71. Geburtstag bekam der Forscher des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft den Anruf aus Stockholm. Das Nobel-Komitee bezeichnet Ertl`s Forschung als wichtig für die chemische Industrie: „Sie kann uns helfen, so unterschiedliche Vorgänge wie das Rosten von Eisen und die Arbeitsweise von Brennstoffzellen oder Katalysatoren in unseren Autos zu verstehen.“ Lange Zeit wurde Katalyseforschung vor allem empirisch betrieben. Erst die detaillierte Untersuchung der Elementarschritte von Katalyseprozessen brachte den Durchbruch. Es sei gelungen, die Katalyseforschung allmählich „von einer schwarzen Kunst in eine exakte Wissenschaft“ zu überführen, so Ertl.

Manfred Eigen wurde am 9. Mai 1927 in Bochum geboren. Von 1945 bis 1950 studierte er Physik und Chemie an der Universität Göttingen, wo er auch seine Doktorarbeit im Institut von Arnold Eucken anfertigte. 1958 wurde er Direktor am Göttinger Max-Planck-Institut für physikalische Chemie, dem heutigen Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie. Eigen befasste sich mit extrem schnellen chemischen Reaktionen. Ihm gelang es, ein im chemischen Gleichgewicht befindliches System zu stören und die Zeit zu messen, die das System benötigt, um in seinen ursprünglichen Gleichgewichtszustand zurückzukehren. Diese Relaxationsmessungen entwickelte Eigen zu unübertroffener Meisterschaft und klärte damit wichtige Fragen der Biochemie, wie zum Beispiel der Steuerung von Enzymaktivitäten. Gemeinsam mit Ronald George Wreyford Norrish und George Porter wurde er für die Untersuchung schneller Reaktionen im Nanosekundenbereich 1967 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Karl Ziegler war seit 1943 Direktor des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Kohlenforschung, das nach 1948 in das Max-Planck-Institut für Kohlenforschung umfirmierte, und entwickelte dort ab 1953 ein bei niedrigen Drücken arbeitendes Polymerisationsverfahren für Ethylen in Gegenwart von metallorganischen Mischkatalysatoren. Die Entdeckung dieser Mischkatalysatoren aus Aluminium- und Titanverbindungen, die Ziegler-Natta-Katalysatoren, veränderten sowohl die Chemie als auch die chemische Industrie und deren Technologie: Mit ihrer Hilfe konnte Ethylen erstmals bei Normaldruck zu Polyethylen polymerisiert und eine ganz neue Generation von Kunststoffen hergestellt werden. Zusammen mit Giulio Natta erhielt Ziegler dafür im Jahre 1963 den Nobelpreis für Chemie.

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