Teamarbeit bei Katalysatorpartikeln

  • 22. March 2011

Ein Modell hilft beim Verständnis des Zusammenspiels von Mikropartikeln bei der Katalyse.

Bei Katalysatoren aus verschiedenen, nur wenige Nanometer großen Komponenten, ist die Zusammenarbeit der einzelnen Teilchen von entscheidender Bedeutung ist. Wenn die Teamarbeit funktioniert, entstehen Fähigkeiten, die über diejenigen der einzelnen Komponenten weit hinausgehen. Dies konnten nun Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) zusammen mit Arbeitsgruppen aus Barcelona, Prag und Triest zeigen.

Ein spontaner Elektronentransfer findet statt, wenn sich ein Pt8-Nanopartikel an eine CeO2-Oberfläche, oder ein Ce40Pt80-Nanoteilchen anlagert.

Abb.: Ein spontaner Elektronentransfer findet statt, wenn sich ein Pt8-Nanopartikel an eine CeO2-Oberfläche, oder ein Ce40Pt80-Nanoteilchen anlagert. (Bild: G. N. Vayssilov et al., Nat. Mater.)

Heterogen katalysierte Prozesse spielen eine entscheidende Rolle bei der energie- und rohstoffeffizienten Produktion der meisten industriell hergestellten Chemikalien. Mit dem Wort „heterogen“ wird ausgedrückt, dass der Katalysator und die reagierenden Stoffe in unterschiedlichen Aggregatzuständen vorliegen. Einblicke in die Funktionsweise solcher Materialien zu erhalten, erweist sich als außerordentlich schwierig. Aus diesem Grunde werden heterogene Katalysatoren in den meisten Fällen rein empirisch – durch Versuch und Irrtum – optimiert.

Dem Forscherteam gelang es, vereinfachte Modellsysteme für solche Katalysatoren herzustellen. Diese gestatten Untersuchungen mittels moderner experimenteller und theoretischer Verfahren. Dabei zeigte es sich, dass es gerade die komplexe Struktur der Materialien ist, die neue Eigenschaften entstehen lässt: Die Katalysatoren bestehen aus Oxid- und Metallpartikeln, die nur wenige Nanometern groß sind, aber in engen Kontakt gebracht werden müssen. Die besondere chemische Reaktivität entsteht dann durch Zusammenarbeit der unterschiedlichen Komponenten. Nur wenn sie in Form kleiner Nanopartikel vorliegen, können diese untereinander hochreaktive Sauerstoffspezies austauschen und dadurch völlig neue Reaktionswege eröffnen.

FAU / KK

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