Batterietechnik: Eine neue Form des Eisens entwickelt

Ob Batterietechnik, synthetische Kraftstoffe oder technische Wasserspaltung – ein Eisenatom, dem sieben Elektronen fehlen, könnte hierbei künftig eine Rolle spielen. Einem Forschungsteam aus Deutschland ist dessen Synthese nun gelungen.

Es zählt zu den am häufigsten auf der Erde und auch im gesamten Universum vertretenen Elementen überhaupt: Eisen. In der unbelebten Natur ist es als Metall so wichtig wie in der Blutbahn von Mensch und Tier, wo es für den Sauerstofftransport von der Lunge zu den Zellen verantwortlich ist. Einem Forschungsteam der Universität des Saarlandes ist es mithilfe weiterer Kollegen aus Deutschland nun gelungen, eine neue Form von Eisen zu synthetisieren.

Zwar ist es im aktuellen Stadium reine Grundlagenforschung, doch machen die Wissenschaftler schon Perspektiven für Anwendungsfelder etwa in der Energiewirtschaft aus. Über ihre Arbeit berichten sie in dem renommierten Fachblatt „Nature Chemistry“.

Neue Oxidationsstufe des Eisens – sieben Elektronen fehlen

Welche zentrale Rolle Eisen etwa in unserem Körper spielt, erläutert Dominik Munz von der Universität des Saarlandes so: „Eisenverbindungen vermitteln Redoxvorgänge, zum Beispiel im natürlichen Stickstoffkreislauf oder in der Atmung. Unser rotes Blut hat seine Farbe von oxidierten Eisenverbindungen, die den Sauerstoff auf diese Weise durch den Körper transportieren.“

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Der Professor für Koordinationschemie befasst sich eigentlich nur nebenbei mit der Bioanorganik, also der Chemie der Metalle in unserem Körper. Doch deren Oxidationschemie gehört sehr wohl zu den wissenschaftlichen Schwerpunkten von Munz. Zusammen mit Kollegen der Universität Erlangen-Nürnberg, des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr sowie der FU Berlin ist nun ein Durchbruch gelungen: Die Chemiker haben eine neue Oxidationsstufe des Eisens synthetisiert, Eisen(VII). „Das bedeutet, wir haben einem Eisenatom sieben Elektronen entfernt“, sagt Munz. Eine solch hoch oxidierte Form des Eisens gibt es bislang nicht, selbst für sechs Elektronen existierte lediglich eine Handvoll Beispiele.

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Praktische Anwendungen für die neue Eisenform sind bereits sichtbar

Die Forscher sehen bereits praktische Anwendungsgebiete, vor allem in der nachhaltigen Energiewirtschaft. „In der Oxidationschemie, zum Beispiel zur Herstellung von Alkohol, könnte man sich einen Einsatz gut vorstellen, auch in der Batterietechnik, der Herstellung synthetischer Kraftstoffe und bei der Wasserspaltung“, erläutert Dominik Munz. Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufzuspalten, also künstliche Photosynthese, geschehe bisher häufig auf Basis von Iridium. Dieses „superseltene und superteure“ Element, so Munz, durch Eisen ersetzen zu können, wäre ein industrieller Durchbruch sondergleichen.

Bis dahin ist es noch ein weiter Weg. Das neuartige Eisen(VII) muss nun erst von weiteren Forschungsgruppen untersucht werden, um das Anwendungspotenzial auch konkret auszuloten. Die Grundlagen dafür haben Dominik Munz und seine Kollegen aus Erlangen, Mülheim und Berlin nun endlich gelegt.