Wenn wir die Umwelt schonen und CO₂-neutral leben wollen, brauchen wir bessere Katalysatoren für die chemische Industrie. Egal ob man Pharmazeutika, Plastik oder Treibstoff herstellt – Katalysatoren spielen überall eine ganz entscheidende Rolle. Oft bestehen sie aus teuren Metallen wie Platin. Um Kosten zu sparen und die Effizienz zu optimieren, ist es wichtig, solche Materialien nicht in massiver Form, sondern in Form winziger Partikel oder gar einzelner Atome einzusetzen. Man spricht dann von „Einzelatom-Katalyse“ bzw. „Single Atom Catalysis“ (SAC).

Auf diesem Gebiet ist Prof. Gareth Parkinson vom Institut für Angewandte Physik der TU Wien seit Jahren sehr erfolgreich. Nun wurde er vom European Research Council (ERC) mit einem ERC Consolidator Grant ausgezeichnet, einer der höchstdotierten und prestigeträchtigsten Forschungsförderungen Europas. Damit möchte Parkinson nun neue Katalysatoren für eine umweltfreundlichere Industrie entwickeln. Insbesondere möchte er sein Augenmerk auf die Einzelatom-Katalyse in Flüssigkeiten richten – ein besonders herausforderndes Forschungsgebiet, das allerdings viele neue Möglichkeiten eröffnen soll.

Je kleiner umso besser

„Ein Katalysator ist ein Material, das den Ablauf einer chemischen Reaktion beschleunigt oder die Reaktion überhaupt erst ermöglicht“, erklärt Gareth Parkinson. „Typischerweise hat man bestimmte Chemikalien, in flüssiger Form oder als Gas, die man mit dem Katalysator in Kontakt bringt, und dann läuft die gewünschte chemische Reaktion ab – zum Beispiel die Umwandlung von CO zu CO₂ in Autoabgasen.“ Damit der Katalysator möglichst effizient arbeiten kann, sollen möglichst alle Atome des Katalysators mit den umgebenden Substanzen in Kontakt kommen. Ein großer Metallblock wäre die denkbar schlechteste Variante, denn dann könnten nur die Atome an seiner Oberfläche eine aktive Rolle spielen, die Atome im Inneren wären nutzlos.

Daher forscht man heute intensiv an Katalysatoren, die in Form von Nanopartikeln oder gar als Einzelatome vorliegen. „Das hat nicht nur den Effekt, dass man mit einer geringeren Menge an Material auskommt, die Metalle haben als Einzelatome auch andere Eigenschaften“, sagt Gareth Parkinson. „Es kann also sein, dass in diesem Fall nicht mehr besonders teure Metalle wie Platin oder Gold den größten Nutzen bringen, sondern billigere Rohstoffe sogar effizienter sind.“

Parkinsons Forschungsgruppe hat wichtige neue Methoden entwickelt, um die Funktionsweise solcher Einzelatom-Katalysatoren mit Hilfe spezieller Hochleistungsmikroskope zu untersuchen und gezielt zu kontrollieren. Mit dem ERC-Grant möchte sich Gareth Parkinson nun ganz besonders auch der Forschung an Katalyse in flüssigen Medien zuwenden, die für die Industrie besonders relevant ist.

Gareth Parkinson

Gareth Parkinson studierte Physik an der University of Warwick in Großbritannien, wo er 2007 auch seine Dissertation abschloss. Danach ging er als Postdoc in die USA – zunächst an das Pacific Northwest National Laboratory in Richland, Washington und danach an die Tulane University (Louisiana). 2010 wechselte er an die TU Wien, wo er sich 2016 habilitierte und derzeit als Associate Professor eine Laufbahnstelle innehat.

Parkinson wurde bereits 2015 mit einem FWF START Preis ausgezeichnet, außerdem erhielt er den Kardinal-Innitzer-Förderungspreis für die beste Habilitation im Jahr 2017 und den Gaede-Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 2018.

Kontakt

Prof. Gareth Parkinson
Institut für Angewandte Physik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8-10, 1040 Wien
T +43-1-58801-13473
gareth.parkinson@tuwien.ac.at