Neues Nano-Material eignet sich speziell für Brennstoffzellen
Mit ihren halbleitenden Eigenschaften wecken Schichten aus Titandioxidröhrchen bereits seit einigen Jahren Interesse, da sie beispielsweise für den Einsatz in der Bio- oder der Solarzellentechnik besonders geeignet sind. Nun können sie eine neue Qualität erwerben, die ihnen bisher fehlte: eine elektrische Leitfähigkeit, die der von Metallen gleicht. Ein Team der Universität Erlangen-Nürnberg und der Universität Turku in Finnland borgt dazu die Leitfähigkeit, die Kohlenstoff mitbringt, und baut sie in die Titanverbindung ein. Die Röhrenstruktur bleibt dabei, wie Prof. Dr. Patrik Schmuki vom Erlanger Lehrstuhl für Korrosion und Oberflächentechnik erläutert, nahezu unverändert.
In der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet Schmukis Mitarbeiter Robert Hahn, dass die Verwandlung von halbleitenden zum leitenden Material mittels eines relativ einfachen Verfahrens möglich ist. Die Titandioxid-Nanoröhrchen lassen sich zu einer kohlenstoffhaltigen Titan-Oxycarbid-Verbindung umsetzen. Dazu behandeln die Forscher sie bei 850°C mit Acetylen. Dieser Prozess wird, da eine kohlenstoffreiche Verbindung entsteht, als Carbonisierung bezeichnet. "Es handelt sich aber nicht einfach um eine Dotierung von Titandioxid mit Kohlenstoffatomen," stellt Schmuki klar. "Auch wenn die geordnete Röhrenstruktur kaum verändert wird, entsteht doch eine neue chemische Verbindung. Dieses Titan-Oxycarbid kann als eine feste Mischung aus Titancarbid und verschiedenen Titanoxiden interpretiert werden."
Das Carbonisieren schafft einen neuartigen Werkstoff mit halbmetallischen Eigenschaften, der zudem deutlich härter ist als die Ausgangsverbindung. Seine hohe elektrische Leitfähigkeit sowie günstige elektrochemische Charakteristika machen ihn zu einem interessanten neuen Elektrodenmaterial. Besonders attraktiv erscheint der Einsatz in Methanol-Brennstoffzellen, deren Leistungsfähigkeit drastisch erhöht werden könnte: Auf 700 Prozent schätzt Prof. Schmuki die Steigerung der Aktivität des Katalysators für die Methanol-Oxidation. "Als Alternative für Kohlenstoff als übliches Trägermaterial an katalytischen Elektroden sind Titandioxid-Nanoröhrchen schon seit längerem im Gespräch," so Schmuki. "Aber unser neues leitfähiges Oxycarbid schlägt dies um Längen."
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