Novel synthesis method and science based tuning of mesoporous graphitic carbons as catalysts for oxidative dehydrogenation of alcohols
Final Report Abstract
Eine polymerbasierte Syntheseroute konnte entwickelt werden, in der eine Softtemplatmethode, mit Einführen einer Ionentauscherkapazität des Prekursorpolymers kombiniert wurde. Dies erlaubte es atom-dispergiert Metallionen in das Polymer einzubringen. Durch Variation der Pyrolysetemperatur und einbringen/weglassen von Graphitisierungsmetallen (Ni, Co, Fe) konnte die Kristallinität des resultierenden Kohlenstoffes (polymer-derived carbon, PDC) gesteuert werden. Die Porengrößenverteilung ließ sich über die Templatmethode nur geringfügig variieren. Die eingebrachte Porenstruktur stellte sich jedoch als essenziell heraus, um durch eine nachgelagerte milde Oxidation des Kohlenstoffes, den amorphen Anteil abzubrennen und einen mesoporösen kristallineren Kohlenstoff zu erhalten. Auf Basis der Syntheseroute wurden Katalysatoren entwickelt, welche Selektivitäten ähnlich von C-Nanoröhren und ca. 10 mal höhere Raumzeitausbeuten als bei C-Nanoröhren aufzeigen. Das Vakuumausheizen von Aktivkohle führte trotz breiter Ausgangsbasis zu ähnlichen Materialien mit erhöhter Kristallinität aber eingebrochener Porosität. Katalytische Tests zeigten schlechte Aktivität und Selektivität. Aus diesem Grund wurde vorerst die vielversprechende Polymerroute im Projektzeitraum weiterverfolgt. Mit dem PDC wurde die ODH von MeOH und EtOH detailliert untersucht und mit C-Nanomaterialien als Referenz verglichen. Die Untersuchungen der ODH von BuOH wurden mit C-Nanomaterialien begonnen. Trotz der hohen Herausforderung Kohlenstoffe mit ihrer starken Absorption spektroskopisch zu untersuchen, wurden DRIFT Untersuchungen erfolgreich durchgeführt. Die PDC Materialien stellen sich hier als sehr gute Modelmaterialien heraus, welche ein Aufschlüsseln der überlappenden Banden erlauben. Die Arbeiten gingen in in-situ DRIFT Messungen zur MeOH ODH auf. Da außer eines anfänglichen Abbrandes über die Raman Spektroskopie kaum Materialveränderungen detektiert wurden, wurden keine in-situ Raman Messungen durchgeführt und sich auf die in-situ DRIFTS Messungen konzentriert.
Publications
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