Karbonschwamm als Katalysator

Wissen­schaftler der TU Bergakademie Freiberg haben gemeinsam mit einem inter­nationalen Forscherteam die Struktur eines marinen Badeschwamm­skeletts entschlüsselt und daraus einen neuartigen drei­dimensionalen Verbund­werkstoff für die moderne Werkstoffindustrie entwickelt. Das Grafit besitzt einzig­artige strukturelle, mechanische und thermische Eigenschaften und könnte der Industrie künftig als zentimeter­kleiner Katalysator dienen. Vorbild für den neuartigen Werkstoff ist das karbonisierte 3D-Skelett eines marinen Badeschwammes. Dieses besteht aus kollagen­haltigen Spongin und ist aufgrund seiner mehr­schichtigen Nanofasern besonders stabil und hitze­beständig.

In verschiedenen Versuchen haben die Wissen­schaftler um Hermann Ehrlich die Spongin-Gerüsten bei Temperaturen bis zu 1200 Grad Celcius karbonisiert. Der daraus entstehende Kohlenstoffschwamm ähnelt der Form und der einzig­artigen Mikro­architektur des ursprüng­lichen Spongin-Gerüsts und ist so stabil, dass er sich mit einer Metallsäge zu beliebigen Formen schneiden lässt. Überzogen mit einer Metall­schicht wird er zudem zu einem einzig­artigen Hybrid­material mit hervor­ragender katalytischer Leistung.

„Damit haben wir einen neuen Weg zur Nutzung von bekannten Bade­schwämmen gefunden. Statt nur für kosmetische können wir diese jetzt auch für moderne Techno­logien nutzen“, sagt Ehrlich. Gemeinsam mit seinem Team erarbeitet er für die Industrie erste Vorschläge zur Herstellung des biomimetisch inspirierten Kata­lysators. Seit zwei Jahren erforscht das 29-köpfige Team die von der Natur entwickelte und seit 600 Millionen Jahren bestehende Struktur der nach­wachsenden marinen Schwämme, um biomimetische Modelle als alternativen zu Plastik­gerüsten für die moderne Werkstoff­wissenschaft zu entwickeln.

TU Freiberg / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  I. Petrenko et al.: Extreme biomimetics: Preservation of molecular detail in centimeter-scale samples of biological meshes laid down by sponges, Sci. Adv. 5, eaax2805 (2019); DOI: 10.1126/sciadv.aax2805
• Institut für Elektronik- und Sensormaterialien, TU Bergakademie Freiberg