19.08.2024
Neue Erkenntnisse zur Herstellung von Exsolutionskatalysatoren
Katalysatoren aus Festkörpermaterialien werden für die Herstellung von 90 Prozent der industriell wichtigen Chemikalien verwendet. Eine wichtige Art solcher Katalysatoren besteht aus metallischen Nanopartikeln, die fein auf einem Oxidträger verteilt sind.
Bei der Herstellung der Katalysatoren gibt es mehrere kritische Herausforderungen: Die Metallteilchen dürfen weder zu groß noch zu dicht beieinander sein und müssen auch unter (oft extremen) Einsatzbedingungen so bleiben, dass die oft teuren Metalle so effizient wie möglich genutzt werden.
In jüngster Zeit ist das Interesse an der "Exsolution" als unkompliziertem Weg zur Bewältigung dieser Herausforderungen stark gestiegen. Bei der Exsolution geht man von einer Feststofflösung aus, die alle Bestandteile enthält (das Metall wird im Oxidträger gelöst), und setzt die Feststofflösung dann bestimmten Umgebungsbedingungen aus, um das System zu zwingen, das Metall als fein verteilte Nanopartikel an der Trägeroberfläche freizusetzen. Bislang fehlen jedoch grundlegende Kenntnissen, warum genau die Exsolution stattfindet, wie sie abläuft und so schnell vonstattengeht.
Im Journal of the American Chemical Society veröffentlichen Alexander Bonkowski, Dr. Matthew J. Wolf und Professor Roger A. De Souza vom Institut für Physikalische Chemie der RWTH Aachen zusammen mit Forschenden der Technischen Universität Darmstadt und der University of Bath jetzt den Artikel "A Single Model for the Thermodynamics and Kinetics of Metal Exsolution from Perovskite Oxides".
Dort schlagen sie eine neue, grundlegende Antwort auf diese Fragen für eine wichtige Klasse von Oxiden, nämlich die Perowskite, vor. Mit Hilfe chemischer Berechnungen, die auf den Hochleistungscomputern der RWTH durchgeführt wurden, zeigen die Wissenschaftler, dass die Metallionen unter den bei der Katalysatorherstellung herrschenden Umgebungsbedingungen zu Metallatomen reduziert werden können, während sie sich noch im Inneren des Trägermaterials befinden - eine Möglichkeit, die bisher nicht in Betracht gezogen wurde. Mit diesem Verständnis des Exsolutionsprozesses wird die Optimierung der katalytischen Aktivität erleichtert und die Entwicklung neuer Exsolutionssysteme beschleunigt.
Quelle: RWTH Aachen