Die Herstellung von mehr als 90 % aller chemischen Produkte, die wir im Alltag verwenden, ist auf Katalysatoren angewiesen. Katalysatoren beschleunigen chemische Reaktionen, können den für diese Prozesse erforderlichen Energieaufwand verringern und in einigen Fällen wären Reaktionen ohne Katalysatoren überhaupt nicht möglich.
Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben ein Konzept entwickelt, das die Stabilität von Edelmetall-Katalysatoren erhöht und bei ihrer Herstellung weniger Edelmetall benötigt. Ihre Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Angewandte Chemie.
Edelmetallkatalysatoren werden in vielen Prozessen der chemischen Industrie eingesetzt. Eine Reduzierung der für ihre Herstellung benötigten Edelmetallmenge ist ein wichtiger Beitrag zu einer nachhaltigen Ressourcennutzung.
„Unser Ansatz wird die Katalysatorstabilität deutlich verbessern und die Bildung aktiver Edelmetallcluster auch bei sehr geringen Edelmetallmengen gewährleisten“, sagt Dr. Daria Gashnikova vom Institut für Chemische Technologie und Polymerchemie (ITCP) des KIT, die Erstautorin der Studie.
Um mit möglichst geringen Mengen an Edelmetallen eine möglichst hohe katalytische Leistung zu erzielen, untersuchten die Forscher am ITCP häufig verwendete Trägerkatalysatoren Atom für Atom. Bei diesen Trägerkatalysatoren ist das Material, auf dem die Reaktion stattfindet, in Form kleiner Nanopartikel fein auf dem Träger verteilt.
Diese Cluster sind dynamisch und verändern je nach Reaktionsbedingungen ihre Struktur. Sie können sich miteinander verbinden und zu größeren Partikeln zusammenwachsen, so dass weniger Oberflächenatome für die Reaktion zur Verfügung stehen. Sie können aber auch in einzelne Atome zerfallen, die für sich genommen unwirksam sind. Beide Phänomene mindern die katalytische Leistung.
Das neuartige Konzept der ITCP-Forscher löst dieses Problem, indem es die unterschiedlichen Wechselwirkungen von Edelmetallen mit verschiedenen Trägermaterialien ausnutzt.
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Daria Gashnikova et al., Hochaktive Oxidationskatalysatoren durch Einschluss von Pd-Clustern auf CeO2-Nanoinseln, Angewandte Chemie Internationale Ausgabe (2024). DOI: 10.1002/ange.202408511