Pionier der Materialforschung

„Man muss Dinge tun, die andere noch nicht getan haben. Chemikalien zusammenbringen, die andere noch nicht zusammen gebracht haben. Unter Bedingungen, die noch nicht ausprobiert wurden.“ Ulrich Kortz versteht sich als leidenschaftlicher Grundlagenforscher. 2008 entdeckte der Chemie-Professor an der Jacobs University eine neue Verbindungsklasse, die Polyoxopalladate. Jetzt hat der Wissenschaftler mit seinem Team eine weitere Unterklasse dieser funktionalen Materialien entwickelt. Sie kombiniert erstmals zwei Edelmetalle, Palladium und Silber in einer molekularen Metall-Sauerstoff-Verbindung – mit großem Nutzen für Wissenschaft und Industrie.

„Curiosity driven research“ – Neugier getriebene Forschung – nennt Kortz seine Vorgehensweise. „Wir versuchen, neue Verbindungen herzustellen. Mögliche Anwendungen spielen erst einmal keine große Rolle, sie ergeben sich automatisch.“ Die Neugier trieb ihn dazu mit Edelmetallen wie Palladium und Platin zu experimentieren. 2007 entdeckte seine Forschungsgruppe die Polyoxopalladate; stabile und molekulare Edelmetall-Oxo Cluster – Oxo steht für Sauerstoff. Diese Verbindungen werden hergestellt aus simplen Ausgangsmaterialien in einer wässrigen Lösung und haben ein enormes Potential als Katalysatoren in industriellen Anwendungen.

Ulrich Kortz, Professor für Chemie, Jacobs University. Foto: Kortz/Jacobs University

„Wenn es etwas gibt, worauf ich richtig stolz bin, dann diese Verbindungsklasse. Wir haben etwas Bleibendes geschaffen, ein neues Forschungsgebiet – das gelingt ganz selten“, sagt Kortz. Die Entdeckung fand Eingang in Lehrbücher, sie wurde nicht nur in der Wissenschaftsgemeinde aufmerksam registriert, sondern auch in der chemischen Industrie.

Denn die Polyoxopalladate sind effiziente Katalysatoren, zum Beispiel bei der Oxidation oder Reduktion von organischen Verbindungen. Die Ausbeute oder auch die Selektivität erhöhen sich bei einem geringeren Energieaufwand – gerade für energieintensive Industrien bedeutet das eine enorme Kostenersparnis. Aktuell forscht Kortz im Rahmen eines dreijährigen Industrieprojekts mit einer der größten Chemiefirmen der Welt auf diesem Gebiet. In nur zwei Jahren wurden bereits vier Patente entwickelt.

Inzwischen hat sich die ursprüngliche Entdeckung zu einer ganzen Familie der Polyoxopalladate ausgeweitet. Rund 60 Derivate haben Kortz und sein Team an der Jacobs University systematisch entwickelt, fast alle wurden patentiert. Aus der neuesten Entwicklung, über die aktuell in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ berichtet wird, entstanden gleich zwei Patente.

Strukturelle Darstellung von silberverkappten Polyoxopalladaten {Ag4Pd13} in der Seitenansicht (links) und Draufsicht (rechts); Pd dunkelblau, Ag orange, As grün, O rot. Abbildung: Kortz/Jacobs University

Sie ist insofern besonders, als dass die Wissenschaftler erst einmal die beiden Edelmetalle Silber und Palladium in Form eines molekularen Metall-Oxo Clusters miteinander verbinden. Das sei ein weiteres Highlight, meint Kortz, denn diese Verbindungen bestehen aus einem Palladium-Oxo Kern, der von Silber-Atomen verkappt wird. Diese Verbindungen sind ideale Vorstufen für wohldefinierte Metall-Nanopartikel, die relevant sind für industrielle katalysatorische Anwendungen.

An dem nächsten Projekt, das die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) für drei Jahre finanziert, arbeitet das Team um Professor Kortz bereits. Es geht um so genannte „MOFs“, metall-organische Gerüstverbindungen, deren Hohlräume als Gasspeicher und zur Katalyse genutzt werden können. Materialforscher Kortz will die zwei Klassen von MOFs mit den Polyoxopalladaten verschmelzen, um neuartige, heterogene Katalysatoren zu bauen. „Sie werden einzigartig sein, das können wir schon versprechen“, meint er.

An der Jacobs University ist Ulrich Kortz einer der Pioniere. Nach Stationen in den USA, Italien, Frankreich und dem Libanon kam er 2002 nach Bremen – ein Jahr nachdem die internationale Universität die Türen für Studierende öffnete. Sein Labor konnte er selbst mitentwerfen, es ist aber nicht so, dass er nur dort gerne seine Zeit verbringt. Die Lehre schätzt er nicht weniger als die Forschung. „Die Kombination ist magisch. Immer wieder mit talentierten jungen Leuten zu tun zu haben, schärft die Sinne und hält selbst jung.“

Seine Studierenden unterrichtet er nicht nur in den Seminarräumen, sondern er will sie auch für die chemische Forschung begeistern. Einige von ihnen sind bereits ab dem ersten Semester in die Laboraktivitäten der Arbeitsgruppe von Ulrich Kortz einbezogen. „Mit der Möglichkeit, im Forschungslabor zu arbeiten, erfüllt sich für viele Bachelorstudierende ein Traum, nicht wenige sind sogar Co-Autoren von Publikationen.“ Seit 2002 hat Kortz mit seinem Team rund 220 wissenschaftliche Veröffentlichungen und 13 Patente realisiert.

Literatur

Peng Yang, Yixian Xiang, Zhengguo Lin, Zhongling Lang, Pablo Jiménez-Lozano, Jorge J. Carbó, Prof. Josep M. Poblet, Linyuan Fan, Changwen Hu, Ulrich Kortz, Diskrete Silber(I)-Palladium(II)-Oxo-Nanocluster, {Ag4Pd13} und {Ag5Pd15}, sowie die Rolle der Metall-Metall-Bindung induziert durch Kationen-Einschluss, Angewandte Chemie 51 (2016) 15998-16002, DOI: 10.1002/ange.201608122