Dreidimensionale Clusterkatalysatoren
Katalysatoren sind für eine Fülle von in der Industrie angewandten Reaktionen von entscheidender Bedeutung. Diese chemischen Heiratsvermittler bringen Moleküle zusammen und sorgen für schnellere Reaktionsgeschwindigkeiten und/oder höhere Produktausbeuten, ohne selbst in der Reaktion verbraucht zu werden. Auf diese Weise können sie ihre Arbeit immer wieder tun. Manchmal ergibt die mangelnde Selektivität zusätzliche Produkte, d. h. ganz andere als die gewünschten Stoffe. Die Endprodukte müssen dann eine Filtration oder Reinigungsschritte durchlaufen, was auf Kosten der Gesamtausbeute und Reaktionseffizienz geht. Deshalb müssen neuartige Modellkatalysatoren unter praktischen Reaktionsbedingungen getestet werden, um die Leistung bewerten zu können. Die EU-Finanzierung des Projekts 'Nanoengineering of model catalysts based on supported, size-selected nanoclusters' (CLUSTERCAT) leistete genau das. Die Wissenschaftler produzierten neuartige dreidimensionale Nanoclusterkatalysatoren und korrelierten Struktur wie auch Funktion unter Einsatz moderner experimenteller und analytischer Verfahren. Die Clustergröße steuerte man unter Verwendung einer Funkfrequenz-Magnetronsputter-Clusterstrahlquelle auf präzise Weise. Die immobilisierten planaren Nanocluster wurden dann in Würfel geschnitten, um Clusterpulver herzustellen. Die Forscher untersuchten deren Strukturen und Funktionsweise und korrelierten beides mit modernen Verfahren. Erstmalig wurde die chemische Leistung der pulvergetragenen größenselektierten Nanocluster unter Einsatz von chemischen Hochdruckreaktoren erforscht. Die CLUSTERCAT-Forscher erschufen neuartige, gut gesteuerte Modellkatalysatorpulver auf Basis von Clustern, die unter realistischen Reaktionsbedingungen eine größenabhängige Reaktivität und Selektivität aufweisen. Diese Art der nanostrukturierten Katalysatoren könnte letztlich das Tor zu energieeffizienteren und kostengünstigeren chemischen Verfahren für viele Sektoren, Stichwort Energiesektor, Pharmabereich und Umwelt, aufstoßen.
Schlüsselbegriffe
Katalysatorpulver, Selektivität, Spezifität, Ausbeute, Effizienz, Nanocluster, Magnetronsputtern, chemischer Hochdruckreaktor
