Viel Geld für billige Metalle

ERC Advanced Grant für Prof. Dr. Sjoerd Harder

Das Team um Prof. Sjoerd Harder, Inhaber des Lehrstuhls für Anorganische und Metallorganische Chemie an der FAU, erhält für die nächste fünf Jahren Förderung auf höchstem Niveau. Mit dem hart umkämpften ERC-Advanced Grant von 2,5 Millionen Euro erforschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie man mit unedlen Metallen edle Aufgaben erledigt.

Forschungsprojekt MM-ZERO

Das Forschungsprojekt MM-ZERO beschäftigt sich mit Hauptgruppenmetallen im Oxidationszustand Null, nicht nur im metallischen Zustand, sondern auch in molekularer komplexer Form. Nullwertige Metall-Komplexe sind wohlbekannt für Platin oder Palladium, d.h. edle Übergangsmetalle, die nicht leicht oxidieren und häufig als Katalysator eingesetzt werden. Die Synthese von nullwertigen Hauptgruppenmetall-Komplexen ist jedoch eine richtige Herausforderung. Das gilt im Besonderen für die sehr elektropositiven frühen Hauptgruppenmetalle, die nur allzu gerne ihre Elektronen verlieren. Vor einige Jahren berichtete Harder schon über Wege, wie man nullwertige Magnesium-Komplexe stabilisiert [1]. Solche „lösliche Metall-Atome“ sind höchst reaktiv und eröffnen Möglichkeiten, die erst für einen Bruchteil untersucht worden sind. Sie sind besonders geeignet, um allerstärkste chemische Bindungen zu zerbrechen. In diesem Zusammenhang publizierte Harder schon über die Aktivierung der extrem starken Stickstoff-Dreifach-Bindung mit einem einfachen Metall wie Kalzium [2]. Und das bringt uns zum zweiten Standbein des Projektes: der Katalyse.

„Wir forschen schon seit 25 Jahren erfolgreich an der Katalyse mit billigen Hauptgruppenmetallen und publizierten das allererste Buch [3] zu diesem Thema“, erklärt Prof. Harder Dabei geht es nicht so sehr um den Preis der Metalle, sondern auch um Giftigkeit und natürliches Vorkommen. Metalle wie Kalzium sind völlig unbedenklich und findet man im eigenen Garten. Geopolitische Unabhängigkeit ist in der heutigen Zeit wichtiger denn Je! Neu ist, dass jetzt die reinen Hauptgruppenmetalle in der heterogenen Katalyse untersucht werden. Die bekannten metallischen Katalysatoren sind aus Nickel, Palladium oder Platin. „Gegen jede Erwartung haben wir herausgefunden, dass rein metallisches Barium ein erstaunlich guter Hydrierungskatalysator ist [4]. Und es kommt noch besser: wenn man es mit Eisen mischt, steigert man die Aktivität um den Faktor 1.000 [5]! Wir reden hier natürlich nicht von ein Klumpen Metall. Mit Hilfe von FAU-Emeritus Prof. Ulrich Zenneck verdampfen wir die Metalle, um sie wieder als hochreaktive, nanostrukturierte Metallteilchen zu kondensieren.“

„Wir werden unser Team bald ergänzen mit weiteren hochmotivierten Forschenden, die keine Angst vor Herausforderungen haben“, fügt Harder hinzu. „Ja, es ist schwierige Chemie – aber wir kennen uns aus und haben eine Gruppe, die sich gegenseitig trainiert und unterstützt. Unser Ziel? Mit Kombinationen der häufigsten Metalle der Erdkruste wie Magnesium, Kalzium, Aluminium oder Eisen werden wir neue Hydrierungskatalysatoren entwickeln, die Edelmetalle wie Platin ersetzen. So könnte die FAU einen besonderen Beitrag leisten an nachhaltiger Wasserstoffspeicherung oder vielleicht sogar an der Umsetzung von Stickstoff in Ammoniak, einer der wichtigsten großindustriellen Prozesse, die auch heute noch extreme Mengen an Energie verbraucht.Wir freuen uns auf einen baldigen Start!“

Publikationen:

[1]   B. Rösch, T. X. Gentner, J. Eyselein, J. Langer, H. Elsen, S. Harder*, Nature 2021, 592, 717.
[2]   B. Rösch, T. X. Gentner, J. Langer, C. Färber, J. Eyselein, L. Zhao, C. Ding, G. Frenking, S. Harder*, Science 2021, 371, 1125.
[3]   S. Harder, Early Maingroup Metals in Catalysis: Concepts and Reactions (Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2019).
[4]   P. Stegner, C. Färber, U. Zenneck, C. Knüpfer, J. Eyselein, M. Wiesinger, S. Harder* Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 4252.
[5]   C. Färber, P. Stegner, U. Zenneck, C. Knüpfer, G. Bendt, S. Schulz, S. Harder*, Nature Commun. 2022, 13, 3210.

Weitere Informationen: