Die in der chemischen Industrie vielfach eingesetzten Zeolithkatalysatoren wollen koreanische Forscher in Zukunft in nanometerdünnen Schichten auf einer organischen Gerüstfläche wachsen lassen. Ihre Methode soll effizientere, chemisch aktivere und weniger verschmutzungsanfällige katalytische Oberflächen produzieren, hoffen Ryong Ryoo vom Korea Advanced Institute of Science and Technology in Daejeon und seine Kollegen.

Zeolithe sind mikroporöse Alumosilikatkristalle, die wegen ihrer physikalischen und chemischen Struktur vielfach großindustriell eingesetzt werden, um chemische Reaktionen zu beschleunigen. Ihre Poren selektieren dabei Reaktionspartner nach Größe und Gestalt und trennen sie von störenden Beimischungen. Gleichzeitig beeinträchtigen die Poren allerdings die Diffusion der Reaktanden umso mehr, je dicker die Zeolithschichten werden, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit wieder sinken kann. Forscher suchen daher seit Langem nach Wegen, die Katalysatoren in möglichst dünnen Schichten zu produzieren. Dies gelang bislang nur mit hohem Aufwand, etwa durch das nachträgliche Auftrennen von geschichtetem Zeolith in mehrere Lagen von mindestens fünf Nanometer Dicke.

Ryoos Team gelang es nun, deutlich dünnere Zeolithschichten zu produzieren, indem sie ein organisches Gerüstmolekül aus Kohlenwasserstoffketten und quarternären Stickstoffgruppen herstellten. An diesem Gerüst aus langen, hydrophoben Abschnitten und durch kürzere Abstandhalter verbundene geladene Gruppen kristallisierten die Zeolithe geordnet in einer nur rund zwei Nanometer dünnen, einzelnen Lage. Die Zeolithschicht ist extrem thermostabil. Sie erwies sich zudem im Vergleichstest mit einem herkömmlichen Katalysator bei der Umwandlung von Methanol in Benzin als sehr langlebig: Die typischerweise im Lauf dieser Reaktion zunehmende Koksvergiftung des Katalysators wirkt sich an der dünnen Schicht weniger stark aus. Ihre Synthesestrategie dürfte sich auf viele unterschiedliche Zeolithkatalysatoren maßschneidern lassen, schreiben die Autoren. (jo)