Descripción del proyecto
Perspectiva a escala atómica de la dinámica de los catalizadores
Los catalizadores son sustancias que aceleran reacciones químicas. El objetivo del proyecto financiado con fondos europeos TACCAMA es estudiar la correlación entre la dinámica y la actividad de catalizadores modelo a escala atómica. Sus investigadores introducirán directamente un microscopio de efecto túnel de alta resolución espacial y temporal en mezclas de gases reactivos. De este modo investigarán cómo cambia la estructura de las partículas y los sustratos de los catalizadores durante una reacción. Mediante el empleo de grupos pequeños con un número de átomos definido con precisión, los investigadores podrán examinar cómo aparecen y desaparecen estructuras de partículas altamente reactivas, cómo se puede controlar este proceso y cómo influye en la función del catalizador. Estos conocimientos podrían dar lugar al desarrollo de alternativas más rentables a los catalizadores basados en metales preciosos empleados comúnmente en la actualidad.
Objetivo
From fine chemical synthesis over combustion control to electrode design – the majority of chemical reactions rely on catalysts to improve energy and material efficiency. Yet, the atomic-scale processes underlying a catalytic reaction at elevated pressures are far less well-understood than one might expect. Indeed, the successful optimization of industrial catalysts is typically achieved by ‘trial and error’. If we precisely understood the correlation between catalyst dynamics and activity, we could instead design stable, yet intrinsically dynamic (i.e. structurally fluxional) catalysts, drastically reduce our waste of noble metals by using only the most active particles and replace rare and toxic materials.
This project constitutes a fundamental and systematic investigation of heterogeneous catalysis in action. My aim is to map the pressure and temperature range in which supported particle catalysts are stable, and correlate particle size and support morphology with dynamics and stability. To do so, I will combine my experience with surface dynamics studies, video-rate scanning tunneling microscopy (STM), ambient pressure (AP) surface science and cluster research. State-of-the-art video-rate APSTM will enable me to observe catalyst dynamics such as sintering, adsorbate spillover onto the support, dynamic structural fluxionality of clusters and support roughening as a function of reactant partial pressure and temperature. The novelty of this project lies in the direct observation of catalyst particles, defined to the exact number of atoms, under realistic reaction conditions in order to tune reactivity by controlling their dynamics and stability on structurally and electronically optimized oxide supports. AP X-ray photoelectron spectroscopy (APXPS) will supply complementary information about chemical changes occurring in cluster and support. The knowledge gained will contribute to the targeted design of more active and efficient catalysts for specific applications.
Ámbito científico
Palabras clave
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-STG - Starting GrantInstitución de acogida
80333 Muenchen
Alemania