Überkritische Reaktivabscheidung (SFRD) von Metall-Nanoteilchen für Katalysatoren in der selektiven Oxidation von Kohlenmonoxid (PROX)
Technische Chemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die wesentlichen Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen zur Abscheidung von monometallischen Partikeln auf den verschiedenen Trägermaterialien lassen sich wie folgt zusammenfassen: Mit dem SFRD-Verfahren kann durch die Variation des Trägermaterials (bei sonst identischen Bedingungen) die mittlere Partikelgröße gezielt beeinflusst werden. So zeigte sich beispielsweise, dass sehr kleine Pt-Partikel (d50 = 2,9 nm) mit einer engen Partikelgrößenverteilung auf der Oberfläche von MCM-41 abgeschieden wurden. Größere Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von d50 = 4,2 nm ergaben sich mit γ-Al2O3 während die mittlere Partikelgröße bei TiO2 5,3 nm betrug. Generell zeigte sich, dass ein Träger mit einer hohen spezifischen Oberfläche zu kleineren Partikeln führt. Die weiteren Untersuchungen zum Einfluss der Komplexkonzentration in CO2 zeigten, dass eine erhöhte Konzentration unter sonst gleichen Bedingungen (Trägermaterial, Druck und Temperatur) erwartungsgemäß zu größeren Partikeln führt. Die Herstellung bimetallischer Nanopartikel erfolgte sowohl durch konsekutive als auch durch simultane Reaktivabscheidung. Bei diesen Arbeiten wurden als Trägermaterial BP2000, γ-Al2O3, TiO2 und β-CD verwendet und die Komplexe Au(acac)Me2 und Ag(cod)(hfac) eingesetzt. Die Ergebnisse dieser Arbeiten zeigten, dass reine Goldpartikel mit einer Partikelgröße zwischen d50 = 2,4 und 21 nm und Au/Ag-Partikel mit einer mittleren Partikelgröße zwischen d50 = 4 bis 28 nm hergestellt werden können. Auch bei diesen Untersuchungen wurde, in Übereinstimmung mit den Ergebnissen für die Herstellung von Pt- Partikeln, ein starker Einfluss des eingesetzten Trägermaterials auf die Partikelgröße beobachtet. Diese ist umgekehrt proportional zur spezifischen Oberfläche des eingesetzten Trägermaterials, d. h. für die mittlere Partikelgröße ergibt sich folgender Verlauf: BP 2000 < γ-Al2O3 < TiO2 < β-CD. Dabei betrug der Metallgehalt bei den reinen Au-Partikeln etwa 36 mg / g Träger und bei den bimetallischen Partikeln bis zu 46 mg / g Träger. Ferner ergaben EDX-Analysen, dass die bimetallischen „core-shell-Partikel“ aus einem Au-Kern und einer intermetallischen Au/Ag-Schale bestehen; in dieser beträgt das Au/Ag-Verhältnis 3:1. Die in der AG Kraushaar durchgeführten reaktionstechnischen Untersuchungen zeigten, dass sich die mittels SFRD hergestellten bimetallischen PROX-Katalysatoren durch eine außerordentlich hohe und im Vergleich zu den nasschemisch präparierten Referenzproben deutlich verbesserte Aktivität und Selektivität auszeichnen. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Ergebnisse der experimentellen Arbeiten zeigen, dass nanoskalige reine Metallpartikel (d50 ≥ 2,3 nm) mit einer engen Größenverteilung von Δ ≥ 0,52 auf unterschiedlichsten Trägermaterialien abgeschieden werden können. Ferner zeigen die Untersuchungen, dass das SFRD-Verfahren sogar die Herstellung von bimetallischen Nanopartikeln sowie von Nanoalloys in einem einzigen Prozessschritt ermöglicht und sich die mittels SFRD hergestellten Katalysatoren durch eine außerordentlich hohe Aktivität und Selektivität auszeichnen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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