Eisen ist eines der häufigsten Elemente auf der Erde und auch im gesamten Universum. Es spielt eine Schlüsselrolle in allen Bereichen unseres Lebens, sei es in der Industrie oder für den Sauerstofftransport in unserem Blut. Forschern der Universität des Saarlandes und weiterer Kollegen aus Deutschland ist nun die Synthese einer neuen Form von Eisen gelungen. Auf Basis dieser Grundlagenforschung bieten sich Perspektiven für wichtige Anwendungsfelder wie zum Beispiel in der Energiewirtschaft.
Eisen spielt eine zentrale Rolle, und zwar nicht nur als Ausgangsstoff für die Stahlindustrie und andere technische Anwendungen. Eisen ist auch essenziell für viele Abläufe in der Natur und unserem Körper. „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“, erläutert Dominik Munz.
Der Professor für Koordinationschemie an der Universität des Saarlandes beschäftigt sich nur am Rande mit der Chemie der Metalle in unserem Körper, der sogenannten Bioanorganik. Deren Oxidationschemie gehören jedoch zu seinen wissenschaftlichen Schwerpunkten. Und hier hat er gemeinsam mit Kollegen der Universität Erlangen-Nürnberg, des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion (Mülheim an der Ruhr), sowie der FU Berlin einen Durchbruch erreicht: Die Chemiker haben eine neue Oxidationsstufe des Eisens synthetisiert, Eisen(VII), wie Dominik Munz erklärt.
„Das bedeutet, wir haben einem Eisenatom sieben Elektronen entfernt“, sagt der Chemiker. Eine solch hoch oxidierte Form des Eisens gibt es bislang nicht, selbst für sechs Elektronen existierten lediglich eine Handvoll Beispiele. Da es sich bei der Arbeit, die die Wissenschaftler vor Kurzem im renommierten Fachjournal „Nature Chemistry“ veröffentlicht haben, um Grundlagenforschung handelt, ist eine konkrete Anwendung für den neuen Stoff noch nicht in Aussicht.
Grundsätzlich spielen solche Verbindungen jedoch auf vielen praktischen Feldern eine Schlüsselrolle, besonders 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, geschieht bisher häufig auf der Basis von Iridium. Dieses „superseltene und superteure“ Element, so Dominik 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.
Weitere Informationen: https://doi.org/10.1038/s41557-023-01418-4
