Mesoporöses Nickel speichert Wasserstoff

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Forscher der russischen Far Eastern Federal University produzieren vielversprechende Materialien

Mesoporöses Nickel könnte als Speicher für Gase dienen und so die Kapazität von Wasserstoffmotoren und Solarzellen steigern helfen. Forscher der Far Eastern Federal University (FEFU) in Wladiwostock haben dem Metall eine riesige innere Oberfläche gegeben. Das einzigartige Material entsteht durch galvanische Abscheidung von Nickelpartikeln auf einem künstlichen Gerüst aus einem Tensid, das eine Struktur aus einer Nanoröhrenanordnung aus Mizellen ergibt. „Die Poren haben einen Durchmesser von vier bis fünf Nanometern“, sagt Forschungsleiter Alexander Samardak. Daher sei die innere, nutzbare Oberfläche 400 Mal größer als die eines massiven Stücks Nickel. Die Forschungsergebnisse werden in der Zeitschrift Applied Surface Science veröffentlicht.

Die neuen Materialien können in der Energieeinsparung, der chemischen Industrie und anderen Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Laut Samardak, außerordentlichen Professor der Abteilung für Computersysteme an der School of Natural Sciences der FEFU, ist die Schaffung magnetisch poröser Systeme ein aufstrebendes Feld, das noch wenig untersucht ist. Die Struktur nanoporöser Materialien ähnelt einem herkömmlichen Schwamm, der erhebliche Mengen an Substanz aufnehmen kann, so dass die Nutzfläche des Schwamms viel größer ist als seine Größe.

„Die einzigartigen Eigenschaften ermöglichen eine breite Einsatzmöglichkeit des Materials. Aus diesen Materialien lassen sich Filter zur Reinigung und Adsorption von ultrafeinen magnetischen Partikeln, Medien zur Speicherung von Substanzen, insbesondere für Wasserstoffmotoren, bei denen Brennstoffspeicherzellen benötigt werden, herstellen. Sie können in Zukunft bei der Herstellung von Solar- und Lithium-Ionen-Batterien, in der Nanoelektronik und in der Automobilindustrie eingesetzt werden“, so Samardak.

Das einzigartige Material wird durch Galvanisieren von Nickelpartikeln auf einem künstlichen Gerüst aus einem Tensid (SAS) erhalten, das eine Struktur aus einer Nanoröhrenanordnung aus Mizellen ergibt. Nach der Galvanik löst sich das Gerüst in Wasser auf und hinterlässt nur mesoporöses Nickel. Wissenschaftler haben festgestellt, dass bei Verwendung einer bestimmten Konzentration von Tensiden (30 Gew.-%) die Nickelrahmenstruktur nicht zufällig wächst, sondern in Form von hexagonal angeordneten Nanoröhren. Dieses einzigartige Merkmal wurde mittels eines hochauflösendes Transmissionselektronenmikroskops von Alexey Ognev (FEFU) beobachtet. Dies eröffnet zusätzliche Möglichkeiten für diese Materialanwendung im Bereich der magnetischen Sensoren und Aktivatoren für die Nanoelektronik.

Die FEFU hat ein vorrangiges Forschungsprojekt „Materialien“, in dem eine Gruppe  junger Physiker, Chemiker, Biologen und Materialwissenschaftler zusammenarbeitet. Bislang haben sie eigenen Angaben zufolge bei der Entwicklung neuer Materialien erhebliche Fortschritte gemacht. Sie haben bereits vor der Entwicklung des nanoporösen Nickels erfolgreich neue Materialien hergestellt – darunter nanogroße Federn aus Eisen und Kobalt. Wegen der Kombination aus Elastizität und Magnetisierbarkeit können diese Bauteile in Nanorobotern, Nanosensoren, neuartigen Datenspeichern, Transportmitteln für Medikamente und für andere Aufgaben genutzt werden.

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