Kleine Metallcluster unterstützen Katalyse
Ein Metallcluster kann für den anorganischen Chemiker eine Verbindung mit zwei oder mehr Metallatomen sein. Für die an dem EU-finanzierten Projekt UΝΙΜETCLUST arbeitenden Forscher kann ein Metallcluster auf einem Träger, etwa einem porösen Metalloxid, verteilt und stabilisiert werden. Sind Metallcluster an Oxid- oder Zeolithträger gebunden, kann man die Vorteile von Feststoffkatalysatoren mit der Selektivität der löslichen molekularen Katalysatoren kombinieren. Hierin bestand die treibende Kraft für die Entwicklung von Metallclustern, die einheitliche aktive Zentren beinhalten, die so klein sind, dass sie der Art nach als molekular betrachtet werden können. Die Wissenschaftler von UNIMETCLUST habe sehr kleine Clustern aus Rhodium und Iridium an Ethylen und andere Liganden auf der Oberfläche von Magnesiumoxid (MgO) und dealuminierten HY-Zeolith erfolreich gebunden, die als Träger mit kontrastierenden chemischen Reaktivitäten agierten. Noch wichtiger ist allerdings, dass sie die ersten Schritte der Metallclusterbildung mittels Infrarot- und erweiterter Röntgenabsorptions-Feinstruktur-Spektroskopie genauestens nachverfolgten. Untersuchungen der Wechselwirkung zwischen den Metallkatalysatoren und den reaktiven Gasen - Ethylen, 1,3-Butadien, Kohlenmonoxid, Dihydrogenphosphat (H2) und molekularem Sauerstoff (O2) - erlaubten die Transformation von einer Metallspezies in die andere und die Untersuchung des Einflusses der Katalysatorstruktur auf die Geschwindigkeit und Selektivität der relevanten chemischen Reaktionen. Die Wissenschaftler nutzten eine Vielzahl von Verfahren, auch Infrarotspektroskopie und Hochauflösende Mikroskopieverfahren, um die genaue Struktur und die Beschaffenheit der aktiven Stellen zu bestimmen. Sie verwendeten die Ergebnisse, aktive Stellen von Katalysatoren mit durchstimmbaren katalytischen Eigenschaften zu synthetisieren. Die Genauigkeit der im UNIMETCLUST Projekt entwickelten Synthesemethode für unterstützte Rhodium- und Iridium-Katalysatoren ermöglichte drastische Veränderungen in der katalytischen Aktivität (mit 58-facher Steigerung) und / oder Selektivität (von praktisch Null auf fast 100%) durch gut definierte Veränderungen in der Struktur der aktiven Zentren. Die Metallkatalysatoren haben in der Chemieindustrie bereits solide Leistungen gezeigt und sind zu den wichtigsten Katalysatoren für Prozesse wie die Raffination von Erdöl und das Umwandeln von Fahrzeugabgasen geworden. Mit den jüngsten UNIMETCLUST-Resultaten eröffnen sich nun neue spannende Möglichkeiten der Katalyse.
Schlüsselbegriffe
Metallcluster, Katalyse, Verbindungen, Metallatome, Metalloxid, Zeolith, Feststoffkatalysatoren, lösliche molekulare Katalysatoren, Rhodium, Iridium, reaktive Gase, Erdöl, Rohbenzin, Fahrzeugabgase
