Technologie

Wenn Sie Interesse an Visionen, Innovationen und Zukunftstechnologien zur Digitalen Transformation haben, sind Sie hier genau richtig.

Dieses Forum ist die führende Veranstaltung in Österreich, auf der sich Expert:innen, IT-Lösungsanbieter und Unternehmen treffen. Hier bekommen Sie spannende Best-Practice-Beispiele und Inspirationen zu allem, was die Digitale Transformation betrifft – von KI über Medizininformatik bis hin zu IT-Security und Business-Software.

Der Tag startet mit einem hochkarätigen Panel und inspirierenden Vorträgen. Nachmittags stehen praxisnahe Workshops und die neuesten Start-ups im Fokus.

Mehr Informationen und die Möglichkeit zur Anmeldung finden Sie hier: Digital Transformation Forum (biz-up.at)

Katalyse spielt eine zentrale Rolle in der chemischen Industrie und beeinflusst zahlreiche Facetten des täglichen Lebens, wie die Erzeugung von Kunststoffen, die Entwicklung von Medikamenten und die Herstellung von Düngemitteln. Heterogene Elektrokatalyse ist sehr wichtig bei der Entwicklung nachhaltigen Energietechnologien, da sie die kohlenstofffreie Produktion von Brennstoffen und Chemikalien durch erneuerbaren Strom ermöglicht. Hier erfordern chemische Transformationen nur milde Bedingungen von Temperatur und Druck, da sie durch den Ladungstransfer an der Fest-Flüssig-Grenzfläche angetrieben werden.

Ein neues, mehrskaliges kinetisches Modell, entwickelt von der Theorieabteilung des Fritz-Haber-Instituts zeigt, wie die Selektivität in der Elektrokatalyse von der Rate des Transports durch den Elektrolyten abhängt und quantifiziert den Einfluss der Dichte katalytisch aktiver Stellen, auch bekannt als Katalysatorrauheit. Trotz seiner Einfachheit kann das Modell eine Reihe von Trends reproduzieren, die in der experimentellen Literatur gefunden wurden.

Dieses Ergebnis demonstriert die Allgemeingültigkeit des vorgeschlagenen Mechanismus und etabliert Rauheit als einen Schlüsselbeschreiber der Katalysatormorphologie über alle relevanten Längenskalen hinweg. Die Einsicht verbessert das grundlegende Verständnis von Reaktionsmechanismen in der Elektrokatalyse und schlägt neue Wege vor, um die Selektivität von Katalysatoren und den Langzeitbetrieb zu optimieren.

Atomare Schichten wabenförmig angeordneter Kohlenstoffatome gelten als das Supermaterial schlechthin: Dank außergewöhnlich hoher Leitfähigkeit und günstiger mechanischer Eigenschaften soll Graphen biegsame Elektronik, neue Batterietypen sowie innovative Verbundmaterialien, z.B. für Luft- und Raumfahrt, Aufwind bescheren.

Die besondere Leistungsfähigkeit hauchdünner Graphen-Nanolagen bleibt oft auf der Strecke, wenn diese zu Folien zusammengefügt werden, da sie nur durch relativ schwache Wechselwirkungen, vor allem Wasserstoffbrücken, zusammengehalten werden. Ansätze, die mechanischen Eigenschaften von Graphenfolien durch Einbringen stärkerer Wechselwirkungen zu verbessern, waren bisher nur teilweise erfolgreich, so lassen vor allem Dehnbarkeit und Zähigkeit der Folien zu wünschen übrig.

Ein Team von der Jiaotong-Universität Shanghai wählte einen neuartigen Ansatz: Die Quervernetzung von Graphen-Nanolagen über mechanisch verzahnte Moleküle. Deren Bausteine sind nicht chemisch verknüpft, sondern untrennbar räumlich ineinander verschränkt. Die Wahl fiel auf sogenannte Rotaxane: Ein Rotaxan besteht aus einem „Rad“ (großes ringförmiges Molekül), das auf eine „Achse“ (molekulare Kette) „aufgefädelt“ ist. Voluminöse Achsen-Endstücke verhindern das Abfädeln. Das Team konstruierte die Achse so, dass sie eine geladene Gruppe (Ammoniumgruppe) enthält, die das Rad in einer bestimmten Position hält. Sowohl an der Achse als auch am Rad wurde über ein Verbindungsstück je ein molekularer „Anker“ (OH-Gruppe) angeknüpft. Das Graphen wurde zu Graphenoxid oxidiert. Dabei werden verschiedene sauerstoffhaltige Gruppen auf beiden Seiten der Graphenlage gebildet, u.a. Carboxylgruppen, an die die OH-Gruppen binden können (Veresterung). Rad und Achse sorgen so für eine Quervernetzung der Lagen. Anschließend wird das Graphenoxid wieder zu Graphen reduziert.

Werden diese Folien gedehnt oder gebogen, müssen zunächst die Anziehungskräfte zwischen der Ammoniumgruppe der Achse und dem Rad überwunden werden, was die Zugfestigkeit erhöht. Bei weiterer Belastung wird die Achse bis zum „Anschlag“ am Stopper durch das Rad gezogen, die Verbrückung dadurch verlängert und die einzelnen Nanoschichten können gegeneinander gleiten. Die Dehnbarkeit wird so deutlich erhöht.

Flexible Elektroden aus den Graphen-Rotaxan-Folien ließen sich um bis zu 20 Prozent dehnen oder wiederholt biegen, ohne beschädigt zu werden. Dabei blieb ihre hohe elektrische Leitfähigkeit erhalten. Erst bei einer Dehnung von mehr als 23 Prozent kam es zum Bruch. Im Vergleich zu Folien ohne Rotaxane waren die neuen Folien deutlich stärker (247,3 vs 74,8 MPa), dehnbarer (23,6 vs 10,2 Prozent) und zäher (23,9 vs 4,0 MJ/m³).