Cer-basierte Katalysatoren für sauberen Wasserstoff als Brennstoff
Da eine umweltfreundliche, Wasserstoff basierte Wirtschaft immer mehr Zustimmung findet, steht zunehmend Wasserstoff als Ersatzbrennstoffquelle für brennbare Kohlenwasserstoffe im Fokus. Wasserstoff kann mithilfe der Wassergas-Konvertierungsreaktion (water-gas shift, WGS) in Verbindung mit einer Dampfreformierung von Methan und weiteren Kohlenwasserstoffen gewonnen werden und zur Unterstützung Wasserstoff basierter Brennstoffzellen genutzt werden. Die Zugabe von Metallen kann die katalytische Aktivität von Cer verbessern. Wissenschaftler initiierten das EU-finanzierte Projekt NANOWGS (Water-gas shift reaction on metal-oxide nanocatalysts for hydrogen production), um ein Verhältnis zwischen Metall und Cer näher zu erforschen, das zu einem besseren Katalysatordesign führen kann. Die Teammitglieder entwickelten leistungsstarke Rechen- und mathematische Modelle, um wichtige Informationen über Veränderungen in der Elektronenstruktur sowie in den Magnet-, Schwingungs- und chemischen Eigenschaften von Nickel-Cer-Oberflächen zu enthüllen. Die Projektarbeit führte zu einem besseren Verständnis der Wechselwirkung zwischen isolierten Wassermolekülen und Nickel-Cer-Katalysatoren auf atomarer Ebene. Darüber hinaus wurden wichtige Erkenntnisse über die Adsorption von Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoff an der Katalysatoroberfläche gewonnen. Ferner legten die Wissenschaftler die Mechanismen offen, die der Dissoziation von molekularem Stickstoff und der Diffusion sowie Anhäufung der resultierenden Atompartikel an der Cer-Oberfläche zugrunde liegen. Die schnelle Dissoziation von Wasser an der Nickel-Cer-Oberfläche zeigte eine starke Wirkung auf die Aktivität und Stabilität dieses Katalysators bei der WGS-Reaktion. Wissenschaftler entdeckten erstmals, dass Cer als Katalysator für die Olefin-Herstellung und potenziell für die Hydrierung von ungesättigten, Dreifachbindungen aufweisenden Substraten fungieren könnte. Bedeutsamer Weise stellte das Team fest, dass Nickel-Cer aufgrund der Reaktion von Kohlenstoffdioxid mit Methan als effizienter Katalysator für die Herstellung von Synthesegas dienen kann. Cer ist ein wichtiger Bestandteil einer Katalyse, die zu sauberem Wasserstoff-Brennstoff im Bereich des Transportwesens und der Industrie führen kann.
Schlüsselbegriffe
Cer, Katalysatoren, sauberer Wasserstoff, Transport, Wassergas-Konvertierungsreaktion, NANOWGS, Nickel-Cer
