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Aktuelles aus der Angewandte Forschung

Elektromobilität, Materialien, Bionik, Medizintechnik, Erneuerbare Energien, Universität, Wissenschaft

Aus den Specials

  • Dach- und Fassadenelemente mit integrierten optoelektronischen Bauelementen

    fraunhofer0317 Das vom BMWI geförderte Verbundprojekt „Flex-G“ unter der Forschungsinitiative „ Energiewende Bauen “ ist kürzlich gestartet. Ziel des Vorhabens ist die Erforschung von Technologien zur Herstellung von transluzenten und transparenten Dach- und Fassadenelementen mit integrierten optoelektronischen Bauelementen. Im Fokus stehen dabei ein schaltbarer Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) und die Integration flexibler Solarzellen. Weiterlesen
  • Toolcraft unterstützt Hyperloop 2.0 Projekt der Warr e.V. an der TU München

    toolkraft0317 Die Idee des „Hyperloops“ stammt von Elon Musk, der nicht nur Paypal verwirklicht, sondern auch namhafte Firmen wie Tesla oder SpaceX gegründet hat. Jetzt geht der Traum vom schnellen Reisen in die nächste Runde: Dabei sollen Menschen in einer Kapsel mit Schallgeschwindigkeit (1200 km/h) in einer Vakuumröhre an ihr Ziel Weiterlesen
  • Würth Elektronik und Fela forschen gemeinsam an neuer Technologie

    wuerth0317 Trotz der der positiven Umsatzzuwächse innerhalb der Leiterplattenbranche ist davon auszugehen, dass die Konsolidierung noch nicht abgeschlossen ist. Leiterplattenhersteller müssen sich dem enormen Preisdruck asiatischer Hersteller, den steigenden Herstellungskosten in Europa und dem angespannten globalen Wettbewerbsumfeld stellen. Seit Anfang des Jahres vereint daher Würth Elektronik und Fela eine Entwicklungskooperation zur Weiterlesen
  • Dünnringlager in künstlichem Kniegelenk und E-Bike mit Automatikgetriebe

    rodriguez0217 Dünnringlager von Rodriguez erreichen trotz Miniaturisierung eine vergleichbare Leistungsfähigkeit und Lebensdauer wie normale Wälzlager. So lässt sich mit ihnen die Getriebeeinheit im Kniegelenk eines Exoskelettes ohne komplizierte und platzraubende Hilfskonstruktionen lagern. Zudem kommen sie in einem Fahrrad mit Automatikgetriebe zum Einsatz. Weiterlesen
  • Positronen als neues Werkzeug für die Forschung an Lithiumionen-Batterien

    TUM0117 Forschungsbericht

    Akkus, deren Kathode aus einer Mischung aus Nickel, Mangan, Kobalt und Lithium besteht, gelten derzeit als die leistungsfähigsten. Doch auch sie haben eine begrenzte Lebensdauer. Schon beim ersten Zyklus verlieren sie bis zu 10 % ihrer Kapazität. Woran das liegt und was gegen den darauffolgenden schleichenden Kapazitätsverlust unternommen werden kann, Weiterlesen

  • Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

    nanoscribe0117 Forschungsbericht

    Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der Universität Stuttgart haben nun im 3D-Druck Sensoren hergestellt, die das Adlerauge auf kleiner Fläche nachbilden und das mit neuester 3D-Druck-Technologie von Nanoscribe realisieren.

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  • Prüfsystem für zukunftsweisende Composites-Forschung

    zwick10416 Im vergangenen Jahrzehnt hat sich die Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK) der TU Chemnitz zu einer der führenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet des Leichtbaus entwickelt. Um den steigenden Prüfbedarf in immer neuen Anwendungsfeldern für Composites-Materialien decken zu können, hat sich die Professur SLK für ein fortschrittliches Prüfsystem von Zwick Roell Weiterlesen
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TUM10415Titelstory

Die Reinigung von Autoabgasen ist eines der bekanntesten katalytischen Verfahren. Doch nahezu die gesamte chemische Industrie basiert auf katalytischen Reaktionen. Das Katalysatordesign spielt daher eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung vieler Prozesse. Ein internationales Team von Wissenschaftlern, darunter die TU München (TUM) hat nun ein Konzept vorgestellt, das die geometrischen und die Adsorptionseigenschaften elegant miteinander in Beziehung setzt. Die Leistungsfähigkeit ihrer Methode zeigten sie am Beispiel eines neu entwickelten Platin-Katalysators für Brennstoffzellen.


TUM20415Wasserstoff wäre ein idealer Energieträger: Überschüssige Windenergie könnte Wasser in seine Elemente zerlegen, mit dem Wasserstoff ließen sich höchst effizient Brennstoffzellen-Elektroautos antreiben. Als Abgas entstünde dabei nur Wasser, die Reichweite wäre wie gewohnt. Doch noch sind Brennstoffzellen-Fahrzeuge Raritäten. Platin (Pt) ist extrem teuer, und die Weltjahresproduktion würde nicht ausreichen, um alle Autos auszurüsten.

Eine der Schlüsselkomponenten der Brennstoffzelle ist der Platin-Katalysator, an dessen Oberfläche der Sauerstoff reduziert wird. Sicher ist, dass hierbei nicht die gesamte Platinoberfläche katalytisch aktiv ist sondern nur einige besonders exponierte Stellen, sogenannte aktive Zentren.

Herauszufinden, was ein aktives Zentrum ausmacht, daran arbeitet ein Team von Wissenschaftlern der Technischen Universität München (TUM), der Ruhr-Universität Bochum, der École normale supérieure (ENS) Lyon, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), der Universität Claude Bernard Lyon 1 (Frankreich) und der Universität Leiden (Niederlande).

Studieren am Modell

TUM30415Eine gängige Methode zur Entwicklung von Katalysatoren und zur Modellierung der am Katalysator ablaufenden Prozesse ist die computergestützte Simulation der chemischen Vorgänge. Mit wachsender Anzahl zu berechnender Atome werden die quantenchemischen Berechnungen dabei aber schnell extrem aufwändig.

Einen neuen Weg präsentieren die Forscher nun mit einer Methode, die sie „Coordination-Activity-Plots“ getauft haben. Sie stellt die Adsorptionseigenschaften einer betrachteten Position in einen direkten Zusammenhang mit der Struktur. Basis dafür ist die „Generalisierte Koordinationszahl“ (generalized coordination number, GCN). Sie zählt die direkten Nachbarn eines Atoms und die Koordinationszahlen von dessen Nachbarn (GCN).

Nach der neuen Methode berechnet, besitzt eine typische Pt(111)-Oberfläche einen GCN-Wert von 7,5. Der optimale Katalysator sollte dagegen einen Wert von 8,3 erzielen, Die dafür nötige größere Zahl an Nachbarn lässt sich erreichen, indem beispielsweise gezielt Defekte in die Platinoberfläche eingebaut werden.

Erfolgreicher Praxistest

Um die Genauigkeit ihrer Methode unter Beweis zu stellen, konzipierten die Forscher am Rechner einen Platinkatalysator, der eine erhöhte Anzahl solcher aktiver Zentren enthielt. Anschließend stellten sie den Modellkatalysator auf drei verschiedenen Synthesewegen her. In allen drei Fällen zeigte der Katalysator eine dreieinhalb Mal höhere katalytische Aktivität.

„Diese Arbeit eröffnet einen völlig neuen Weg für die Katalysatorentwicklung: die Gestaltung von Materialien auf Basis geometrischer Grundprinzipien, die aufschlussreicher sind als die energetische Betrachtung“, sagt Federico Calle-Vallejo. „Ein weiterer Vorteil der Methode ist, dass sie anschaulich auf einem der grundlegenden Prinzipien der Chemie aufbaut, dem der Koordinationszahl. Dies ist eine erhebliche Erleichterung für die computergestützte Katalysatorentwicklung.“

„Mit diesem Wissen könnte man Nanopartikel entwickeln, die wesentlich weniger Platin enthalten oder sogar andere katalytisch aktive Metalle mit einbeziehen“, sagt Professor Aliaksandr S. Bandarenka, Tenure Track-Professor an der TU München. „In Zukunft werden wir unsere Methode auch auf andere Katalysatoren und Prozesse anwenden.“

Die Forschungsarbeiten wurden unterstützt mit Mitteln der Europäischen Union im Rahmen der Fuel Cells and Hydrogen (FCH) Initiative, der Niederländischen Organisation für Wissenschaftliche Forschung (NWO), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (SFB 749, Exzellenzcluster Nanosystems Initiative Munich (NIM) und Ruhr Explores Solvation (RESOLV)) sowie der Helmholtz Energie-Allianz.
Bild oben: Messung einer Platin-Elektrode mit der Hanging Meniscus Konfiguration

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