Bimetallische Co/Pd- und Fe/Pd-Nanopartikel auf oxidischen Trägern - der Einfluss von Pd auf Selektivitäten in der Fischer-Tropsch-Synthese
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurde der Einfluss von Edelmetallen (insbesondere Pd) auf Co‐ und Fe‐basierte Fischer‐Tropsch‐Katalysatoren untersucht. Entgegen der ursprünglichen Planung wurde zur Herstellung der Katalysatoren auf unterschiedliche Methoden zurückgegriffen, wobei insbesondere bezüglich der Herstellung von bimetallischen CoPd‐Nanopartikeln neue Synthesewege erkundet wurden. Der Hauptgrund hierfür bestand darin, dass sich die mit einer klassischen Imprägniermethode synthetisierten Nanopartikel zwar hervorragend für mechanistische Untersuchungen mittels Infrarotspektroskopie eigneten, allerdings nur in (zu) kleinen Mengen zur Verfügung standen. Da für die Durchführung katalytischer Messungen größere Mengen (Gramm‐Maßstab) der jeweiligen Proben benötigt wurden, wurde zu diesem Zweck auf flammpyrolytisch hergestellte Proben zurückgegriffen. Durch Infrarotspektroskopie konnte gezeigt werden, dass sowohl Pd als auch Pt dazu führen, dass die Co‐ und Fe‐basierten Katalysatoren bei niedrigeren Temperaturen reduziert werden können. Im Detail war beim Pt eine stärkere Erniedrigung der Reduktionstemperatur zu beobachten als beim Pd, wobei sich die Co‐basierten Systeme generell bereits bei tieferen Temperaturen reduziert lassen als die korrespondierenden Fe‐Systeme. Weiterhin zeigte sich, dass im Fall der Pd‐haltigen Systeme die Dissoziation von CO auf Pd ablaufen kann, wodurch es zu Kohlenstoffablagerungen und CO2‐Bildung (in Form von Carboxylaten) kommt. In Gegenwart von H2 wird hingegen keine Carboxylat‐Bildung beobachtet. Katalytische Messungen an den flammpyrolytisch synthetisierten Fe‐ und Co‐Systeme zeigten einen positiven Effekt der Pd‐Dotierung sowohl in Bezug auf die FT‐Aktivität als auch die Selektivität. Die erhöhte Aktivität ließ sich – analog zu den infrarotspektroskopischen Ergebnissen – auf die verbesserte Reduzierbarkeit der Fe‐ und Co‐Systeme während der Aktivierung in H2 zurückführen. Für die untersuchten Fe‐Katalysatoren führt diese darüber hinaus zu einer erhöhten Carburisierung von metallischem Eisen unter Bildung von Eisencarbiden und somit verbesserter FT‐Performance. Ausgehend von Co‐basierten Fischer‐Tropsch‐Katalysatoren konnte gezeigt werden, dass einerseits der Träger selber (MgO bzw. Al2O3) und anderseits die Art der Synthese der Co3O4‐Nanopartikel und deren Interaktion mit dem Trägermaterial direkten Einfluss auf die FT‐Aktivität besitzt. Neben der Lewis‐Azidität des Trägermaterials ist auch ein enger, räumlicher Kontakt zwischen Co‐Nanopartikeln und dem Träger notwendig, um die CO‐Aktivierung zu fördern. Beides führt schließlich zu einer erhöhten Fischer‐Tropsch‐Aktivität.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Oxidation of Alumina‐Supported Co and Co‐Pd Model Catalysts for the Fischer‐ Tropsch Reaction, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 8566
T. Nowitzki, A. F. Carlsson, O. N. Martyanov, M. Naschitzki, V. Zie‐ lasek, T. Risse, M. Schmal, H.‐J. Freund, M. Bäumer
- Pd Nanoparticles with Highly Defined Structure on MgO as Model Catalysts ‐ An FTIR Study of the Interaction with CO, O2, and H2 under ambient conditions, J. Catal. 2007, 247, 145
H. Borchert, B. Jürgens, V. Zielasek, G. Rupprechter, S. Giorgio, C. R. Henry, M. Bäumer
- Decomposition of Methanol by Pd, Co, and Bimetallic Co‐Pd catalysts: A Combined Study of Well‐defined Systems under Ambient and UHV Conditions, J. Catal. 2008, 256, 24
H. Borchert, B. Jürgens, T. Nowitzki, P. Behrend, Y. Borchert, V. Zielasek, S. Giorgio, C. R. Henry, M. Bäumer
- Role of Palladium in Iron Based Fischer‐Tropsch Catalysts Prepared by Flame Spray Pyrolysis, J. Phys. Chem. C 2011
M. Minnermann, S. Pokhrel, K. Thiel, R. Henkel, J. Birkenstock, T. Laurus, A. Zargham, J.‐I. Flege, V. Zielasek, E. Piskorska‐Hommel, J. Falta, L. Mädler, M. Bäumer
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1021/jp106860d)
