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Neues Nano-Material soll Methanol-Brennstoffzellen leistungsfähiger machen

Einem Team der Universität Erlangen-Nürnberg und der Universität Turku in Finnland ist es gelungen, Schichten aus Titandioxidröhrchen eine elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, die der von Metallen gleichen soll. Dazu nutzen die Forscher 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 sei. Demnach lassen sich die Titandioxid-Nanoröhrchen 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 nach Angaben der Forscher einen neuartigen Werkstoff mit halbmetallischen Eigenschaften, der zudem deutlich härter sein soll als die Ausgangsverbindung. Seine hohe elektrische Leitfähigkeit sowie günstige elektrochemische Charakteristika mache ihn zu einem interessanten neuen Elektrodenmaterial. Besonders attraktiv erscheint den Wissenschaftlern 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," erklärt Schmuki. "Aber unser neues leitfähiges Oxycarbid schlägt dies um Längen."
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