Bimetallische Systeme an Grenzflächen anorganischer, mesoporöser Festkörper
Final Report Abstract
Im Fokus des Projekts stand die Nutzung von mesoporösen Materialien mit Poren im Bereich >10 nm als einschränkende Reaktionsfelder vor allem im Bereich der heterogenen Katalyse. Von besonderem Interesse waren dabei katalytische Systeme, die aus mehr aus einer Komponente bestehen, in der Regel zweier metall-haltiger Bestandteile. Dabei ist ein in drei Unterprojekte differenziertes Forschungsprogramm entstanden, welches sich in der Zwischenzeit zu größeren Bereichen weiterentwickelt hat. Innerhalb dieser Unterprojekte konnten die zentralen Ziele erreicht werden. (i) Mesoporöse Silikatmaterialien konnten als Wirte für die Generierung von Cu/ZnO Kompositkatalysatoren eingesetzt werden, die in der Synthese von Methanol aus CO/CO2 und H2 Verwendung fanden. Es konnte gezeigt werden, dass durch das stark einschränkende Porenvolumen der Kontakt zwischen ZnO und Kupfer intensiviert werden kann. Dadurch entstehen spezielle Cu-O-Zn Kontakte, die für eine sehr hohe katalytische Aktivität entscheidend sind. (ii) Eine höheres Level von Materialien sollte erreicht werden, indem die hochporöse Matrix aus einer der katalytisch aktiven Komponenten eines SMSI-Systems besteht. In Anlehnung an das in Unterprojekt (i) bearbeitete, katalytische System (Cu/ZnO) wurde ein Großteil der Aktivität der Synthese von komplexen Zinkoxidmaterialien mit hoher, spezifischer Oberfläche und zugänglicher Porosität gewidmet. Begleitet von der Etablierung eines organometallischen Precursorsystems war es möglich eine Vielzahl derartiger poröser Materialien zu erzeugen, darunter mesoporösen ZnO oder aerogel-artigem ZnO mit kompakten oder hohlen Porenwänden. Es konnte gezeigt werden, dass die Nanostruktur entscheidenden Einfluss auf oberflächenchemische Prozesse hat, wie sie in der chemischen Sensorik von Bedeutung sind. Wir konnten erfolgreich poröse ZnO-Materialien herstellen, die zusätzlich Fremdelemente (z.B. Al, Li) enthielten, also bimetallischen Charakter aufwiesen. Die Gegenwart dieser Elemente hatte signifikanten Einfluss auf katalytische Aktivität (Methanolsynthese) und in der Sensorik, nicht nur auf Grund eines Effekts eines strukturellen Promoters, sondern auf Grund elektronischer Faktoren, die durch die Dotierung des Halbleitermaterials resultierten. (iii) In diesem Unterprojekt sollte die Wechselwirkung der katalytisch aktiven Spezies mit der Porenwand beeinflusst werden, indem eine möglichst hohe Dichte von funktionellen, organischen Gruppen auf den Oberflächen der mesoporösen Wirtsmaterialien vorhanden war. Wir haben erfolgreich ein sogenanntes PMO-System etablieren können, welches Funktionalisierungsgrade von 100% und fast beliebige Oberflächenfunktionalitäten zulässt. Durch die so erhaltenen mesoporösen Organosilikatmaterialien konnte Anschluss an molekular-katalysierte Reaktionen erhalten werden, indem die katalytisch aktiven Spezies auf der Oberfläche, bzw. an den funktionellen Gruppen gebunden werden konnten. Wiederum standen auch Systeme aus mind. zwei aktiven Komponenten im Zentrum des Interesses, und es konnte gezeigt werden, dass es in den einschränkenden Reaktionsfeldern der mesoporösen Organosilikate zu kooperativen Effekten in der Katalyse kommt.
Publications
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