Nanoporöse Metallkatalysatorträger
Die FT-Reaktion (Hydrierung von Kohlenmonoxid (CO)) erfolgt mit Kobalt- (Co) oder Eisen (Fe)-Katalysatoren, aber die hohen Temperaturen und Drücke verursachen Wechselwirkungen mit dem Katalysatorträger, die tendenziell die irreversible Desaktivierung der Katalysatoren mit sich bringen. Die Wissenschaftler untersuchten die Verwendung von porösen SiC-Katalysatorträgern bei der FT-Synthese mit Unterstützung durch EU-Mitteln aus dem Projekt "Porous silicon carbide as a support for Co metal nanoparticles in Fischer–Tropsch synthesis" (SICCATALYSIS). SiC ist bekannt für seine hohe Wärmeleitfähigkeit, Trägheit und mechanische Stabilität, so dass es sich ausgezeichnet als Katalysatorträger bei Hochtemperaturreaktionen eignen könnte. Poröses SiC verhindert durch seine hohe Wärmeleitfähigkeit eine Überhitzung von Metallen und das Sintern von Wirkstoffen. Die Porösität ermöglicht das Einbetten von Co-Nanopartikeln für eine höhere Aktivität und Selektivität pro Masseneinheit des Katalysators im Vergleich zu nicht porösen Trägern. Die Forscher erhielten poröses SiC auf zwei verschiedenen Wegen mit wohlgeordneter meso-strukturierter und mit großer Oberfläche. Das elektrochemische Ätzen eines polykristallinen Wafers aus Bulk-SiC war im Hinblick auf Poreneigenschaften, Oberflächenbereich und Hochtemperaturstabilität sehr erfolgreich. Für den Syntheseweg über Nano-Gießen mussten die Poren einer Siliziumdioxid (SiO2)-Vorlage mit Polycarbosilan imprägniert werden. Die Materialien wurden dann bei sehr hoher Temperatur gebrannt und das SiO2 aus den SiC-Poren entfernt. Um poröses SiC mit Co für die FT-Reaktionsstudien einzubetten, wurden ebenfalls zwei verschiedene Methoden verwendet: heiße Injektion und langsames Besprühen. Proben aus passiviertem Co und porösem SiC wurden in einem Hochdruckreaktor auf ihre katalytische Aktivität in der FT-Synthesereaktion getestet. Interessanterweise stellten die Wissenschaftler eine signifikante Erhöhung der Selektivität für C2+ und eine Abnahme der Methanproduktion fest. Das Ergebnis unterstützt die Annahme, dass Methan durch Hydrierung von Oberflächenkohlenstoff nach der CO-Dissoziation gebildet wird, während die Kettenverlängerung einen anderen Mechanismus umfasst. Das Team untersucht nun die Bildung von langkettigen Alkoholen durch FT-Synthese mit einer Mischung aus Co und Kupfer. Solche Alkohole sind wichtige Ausgangsstoffe unter anderem für Weichmacher, Schmiermittel und Reinigungsmittel. SICCATALYSIS lieferte wichtige Einblicke in die Verwendung von porösem SiC mit gut definierter Struktur als mesoporöser Träger für Metallnanopartikel in stark exothermen katalytischen Reaktionen.
Schlüsselbegriffe
Katalysatorträger, Fischer-Tropsch, Kobalt, Siliziumkarbid, porös
