Die Entwicklung neuer zeolithischer Katalysatoren zeigt die große Bedeutung kleiner Abmessungen

Dr. Michal Mazur und seine Kollegen von der Fakultät für Naturwissenschaften der Karls-Universität in Prag untersuchen Katalysatoren, die auf Metall-Nanopartikeln basieren, die an Zeolithen stabilisiert sind. Kürzlich haben sie einen neuen Typ von zeolithischen Katalysatoren hergestellt. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Angewandte Chemie.

Viele chemische Prozesse wie Oxidations-, Hydrierungs-, Dehydrierungs- und Reformierungsreaktionen erfordern den Einsatz heterogener Katalysatoren auf Basis von Übergangsmetallen. Der Preis einiger dieser Metalle wie Rhodium oder Platin ist hoch; Daher ist die Effizienz ihrer Nutzung ein Schlüsselfaktor für den industriellen Einsatz. Eine der möglichen Lösungen besteht darin, sie in Form von Nanopartikeln herzustellen, was die Freilegung und effektive Nutzung eines größeren Anteils von Metallatomen ermöglicht.

„Diese Situation hat viele Äquivalente im normalen Leben. Nehmen wir an, Sie möchten ein Geschäft eröffnen, das auf dem Verkauf von Kaffee in Prag basiert. Es ist viel besser, viele kleine Cafés in verschiedenen Teilen der Stadt zu eröffnen, als nur ein großes Geschäft in der Stadt So wird Ihr Geschäft kundenfreundlicher und damit effizienter“, beschreibt Dr. Mazur seine Strategie.

Ebenso ist es besser, einen Katalysator mit vielen kleinen, gut verteilten Nanopartikeln herzustellen, als ein paar große Metallstücke, bei denen nur die Oberfläche aktiv ist und innere Atome für Reaktanten nicht zugänglich sind. Aus diesem Grund widmen sich viele Forscher der Stabilisierung kleiner Metall-Nanopartikel an den Trägern. Einer der möglichen und häufig verwendeten Träger sind Zeolithe. Sie haben mehrere geeignete Merkmale für die Einkapselung von Metall, darunter starre Gerüste, physikalische und chemische Stabilität, große Oberflächen, geordnete mikroporöse Kanäle und einstellbare Säurezentren. Insgesamt zeigen sie viele zusätzliche Funktionalitäten als potenzielle Träger für Metallnanopartikel-Katalysatoren.

„In unserer neuen Arbeit haben wir geschichteten Zeolith und seine Eigenschaften verwendet, um Rhodium-Nanopartikel an der Oberfläche dieser Schichten zu stabilisieren. Wir fanden heraus, dass die spezifische Geometrie und Position von funktionellen Gruppen (Silanolen) an der Schichtoberfläche Nanopartikel stabil machen kann, selbst bei hohen Temperaturen Temperaturen oder rauen Bedingungen wie Oxidations-Reduktions-Zyklen oder Katalysatorregeneration“, erklärt Dr. Mazur die Forschungsergebnisse.

„Wir haben gezeigt, dass das resultierende Material ein aktiver Hydrierungskatalysator mit großem Potenzial ist, selektiv gegenüber sperrigen Molekülen zu sein. Unsere Ergebnisse wurden nicht nur durch fortschrittliche experimentelle Techniken wie In-situ-Transmissionselektronenmikroskopie bestätigt, sondern auch durch theoretische DFT-Berechnungen bestätigt. Dies Die Entdeckung zeigte neue Einblicke in das Design von Katalysatoren und eröffnete neue Wege in der Zeolithchemie, weshalb wir die Forschung auf diesem Gebiet fortsetzen werden“, schließt er.