Die britische Royal Society of Chemistry verleiht Matthias Drieß den Centenary Prize for Chemistry and Communication. Ausgezeichnet wird damit der Leiter des Fachgebiets Metallorganik und Anorganische Materialien am Institut für Chemie der TU Berlin für seine Arbeiten in der Molekül- und Materialienchemie und sein Engagement in der Wissenschaftskommunikation.
Der Centenary Prize zählt zu den international renommiertesten Auszeichnungen der Chemie. Die Forschung von Matthias Drieß verbindet Grundlagenforschung mit gesellschaftlich relevanten Anwendungen und reicht von neuartigen Siliziumverbindungen über nachhaltigere Katalysatoren bis zu robusten Materialien für Energie- und Zukunftstechnologien, wobei meist häufig verfügbare chemische Elemente statt seltener und umweltbedenklicher Atomsorten zum Einsatz kommen.
Silanone und Silylone als neue Klassen reaktiver Siliziumverbindungen
Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt auf Siliziumverbindungen, in denen das Siliziumatom elektronisch ungewöhnliche Strukturen einnimmt. Silizium ist das zweithäufigste Element der Erdkruste und chemisch dem Kohlenstoff verwandt, verbindet sich mit anderen Elementen aber deutlich weniger vielseitig. Der Arbeitsgruppe gelang dennoch der Nachweis, dass sich mit synthesechemischer Raffinesse zahlreiche Verbindungen der organischen Chemie mit Silizium statt Kohlenstoff aufbauen lassen und sich damit grundlegende Fragen der Chemie beantworten lassen. Dazu zählt die Herstellung der ersten bei Raumtemperatur stabilen Silanone, der Silizium-Analoga der Ketone, die über mehr als hundert Jahre als eine der großen Aufgaben der Siliziumchemie galt.
Mit den sogenannten Silylonen realisierte die Arbeitsgruppe eine weitere Verbindungsklasse, deren Existenz zuvor nur durch theoretische Berechnungen vorhergesagt worden war. Silylone tragen ein hochreaktives Siliziumatom, das kleine Moleküle wie Ammoniak mit ihren starken Stickstoff-Wasserstoff-Bindungen leicht spaltet und sich gut auf ungesättigte organische Moleküle übertragen lässt. Solche Fähigkeiten waren bis dahin nur von seltenen und giftigen Edelmetallen wie Iridium bekannt. Da die reaktiven Siliziumatome der Silylone elektrisch nahezu neutral sind, eignen sie sich zudem zur Dotierung optoelektronischer Halbleiter, wie sie in Licht-emittierenden Dioden oder in kostengünstigen Elektrolumineszenzkameras verwendet werden.
Matthias Drieß ordnet diese Forschung einem grundlegenden Verständnis von Stoffen und Reaktionen zu. „Ich fühle mich durch diese Auszeichnung sehr geehrt“, sagt der Chemiker. „Für mich bedeutet Chemie, die grundlegenden Prinzipien des Aufbaus von Stoffen und chemischen Reaktionen in belebter und unbelebter Natur zu verstehen und dieses Wissen für die Konstruktion von neuen chemischen Ausgangsmaterialien und ressourcenschonenden Prozessen zu nutzen. Die Auszeichnung bestärkt mich und meine Arbeitsgruppe darin, umweltschonende und effizientere Energiematerialien durch eine pfiffige Verknüpfung von Molekül- und Materialienchemie zu entwickeln.“
Katalysatoren aus häufigen Metallen statt teurer Edelmetalle
Im Rahmen des Exzellenzclusters UniSysCat an der TU Berlin entwickelt die Arbeitsgruppe neue Katalysatoren auf Basis zweiwertiger Siliziumverbindungen. Diese sogenannten Silylene steigern die Leistungsfähigkeit metallbasierter Katalysatoren stärker als die bislang üblichen Phosphinverbindungen und ermöglichen so hochselektive Katalysatoren für wichtige chemische Reaktionen. Dabei können nickelhaltige Verbindungen kostspielige Edelmetalle wie Palladium ersetzen und sind toxikologisch unbedenklich. Sie eignen sich für einen zentralen Schritt bei der Herstellung zahlreicher Produkte, von Fetten aus Ölen über Wirkstoffe der Pharmaindustrie bis zu organischen Wasserstoffspeichern.
Auch jenseits des Siliziums setzt die Arbeitsgruppe auf häufig verfügbare Elemente. Nach dem Vorbild der natürlichen Photosynthese entwickelten die Forschenden einen Katalysator auf Basis des weit verbreiteten Mangans, mit dem sich Wasser effizient spalten lässt. Die dabei freigesetzten Elektronen lassen sich nutzen, um Kohlendioxid in Ausgangsstoffe für die chemische Industrie umzuwandeln und Wasserstoff zu gewinnen. Der bei der Spaltung entstehende Sauerstoff dient unter anderem dazu, aus der Hemizellulose von Hölzern hochwertigen Dieselkraftstoff zu erzeugen.
Weniger Indium und kein Platin für Energietechnologien
Seit vielen Jahren arbeitet Matthias Drieß auch an Materialien für Energie- und Zukunftstechnologien und verbindet dabei Methoden der Molekülchemie mit der Materialwissenschaft. Ein Beispiel ist eine neue Variante des transparenten und leitfähigen Indium-Zinn-Oxids, das unter anderem in Flachbildschirmen, Solarzellen und elektronischen Bauteilen zum Einsatz kommt. Klassisches Indium-Zinn-Oxid besteht zu rund 90 Prozent aus Indiumoxid und zu etwa 10 Prozent aus Zinnoxid, wobei Indium bei zugleich steigendem Bedarf knapp ist. Der Arbeitsgruppe gelang es, den Anteil des seltenen Rohstoffs um etwa 50 Prozent zu senken, ohne die Leitfähigkeit zu beeinträchtigen, während dünne Schichten des Materials in elektrolumineszenten Bauelementen rund 30 Prozent weniger Energie verbrauchen. Die gemeinsam von der TU Berlin und dem Unternehmen Evonik patentierte Technologie wird bereits im Pilotmaßstab eingesetzt.
Aus porösem Indium-Zinn-Oxid stellte die Arbeitsgruppe zudem leitfähige Elektroden her, die sich mit molekularen oder enzymatischen Katalysatoren beladen lassen und etwa in Bio-Brennstoffzellen ohne das teure Edelmetall Platin auskommen. Darüber hinaus entwickelte das Team neuartige Katalysatoren für die Elektrolyse von Wasser, bei der Wasser mithilfe elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird, ein Schritt für die Erzeugung von Wasserstoff als Energieträger ohne fossile Rohstoffe. Die dafür entwickelten Materialien enthalten keine Edelmetalle und bleiben auch unter den rauen Bedingungen industrieller Prozesse über lange Zeit stabil.
Royal Society of Chemistry würdigt Matthias Drieß
Mit dem Centenary Prize for Chemistry and Communication zeichnet die Royal Society of Chemistry Persönlichkeiten aus, die wissenschaftliche Erkenntnis und deren Vermittlung verbinden. „Chemie, Chemikerinnen und Chemiker prägen unseren Alltag auf vielfältige Weise“, sagt Helen Pain, Geschäftsführerin der Royal Society of Chemistry. „Die Preisträgerinnen und Preisträger unserer Forschungs- und Innovationspreise stehen für die enorme Bandbreite und Bedeutung der chemischen Wissenschaften. Mit dem Centenary Prize zeichnen wir außergewöhnliche Persönlichkeiten aus, die unser Wissen erweitern und zu einer besseren Zukunft beitragen.“
Auch die TU Berlin wertet die Auszeichnung als Bestätigung ihrer Forschung. „Die Forschung von Matthias Drieß verbindet wissenschaftliche Exzellenz mit Lösungen für zentrale Herausforderungen unserer Zeit. Seine Arbeiten zu neuartigen Siliziumverbindungen und nachhaltiger Katalyse zeigen, wie Grundlagenforschung den Weg für ressourcenschonende Technologien ebnen kann“, erklärt die Präsidentin der TU Berlin, Fatma Deniz. „Die Auszeichnung durch die Royal Society of Chemistry würdigt diese herausragende wissenschaftliche Leistung und unterstreicht zugleich die internationale Strahlkraft der TU Berlin in den Material- und Naturwissenschaften. Im Namen der TU Berlin gratuliere ich Matthias Drieß herzlich zu diesem Erfolg.“
Über die Forschung hinaus versteht Matthias Drieß die Chemie auch als Kunst. Er hat zusätzlich Philosophie studiert und sich Kunst-, Theater- und Literaturprojekten zugewandt. Gemeinsam mit Schauspielern der Fakultät für Bildende Kunst an der Universität der Künste Berlin und in Kooperation mit der Einstein-Stiftung Berlin inszenierte er die deutsche Uraufführung der szenischen Lesung des Stücks „Unzulänglichkeit“ („Insufficiency“) von Carl Djerassi aus der Reihe „Wissenschaft auf der Bühne“.
