Operando-STM an Fischer-Tropsch-Modellkatalysatoren

• Antragsteller: Professor Dr. Joost Wintterlin
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 373109878

Die industrielle Fischer-Tropsch-Synthese von langkettigen Kohlenwasserstoffen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff nimmt gegenwärtig einen rasanten Aufschwung, insbesondere in Form des Cobalt-katalysierten Niedertemperaturprozesses. Der katalytische Mechanismus ist trotz intensiver Forschung nicht vollständig verstanden. Vor allem die Dissoziation von CO als wahrscheinlichem Initiierungsschritt und die fehlende Strukturempfindlichkeit der Reaktion sind unklar. Eine zur Lösung dieser Fragen oft formulierte Hypothese besagt, dass die Oberfläche des Co-Katalysators restrukturiert und die aktiven Zentren erst unter Reaktionsbedingungen gebildet werden, wofür bisher jedoch keine direkten Belege existieren. Wir schlagen ein Projekt vor, in dem einkristalline Co-Oberflächen als Modellkatalysatoren mit der Rastertunnelmikroskopie unter Druck- und Temperaturbedingungen untersucht werden, die den Bedingungen der industriellen Fischer-Tropsch-Synthese nahekommen. Das Projekt stützt sich auf umfangreiche Vorarbeiten, die wir unter Methanierungsbedingungen bei niedrigeren Drücken und höheren H2:CO-Verhältnissen als im industriellen Fischer-Tropsch-Prozess durchgeführt haben. Unter Fischer-Tropsch-Bedingungen erwarten wir, die vermutete Umstrukturierung der reagierenden Oberfläche mit atomarer Auflösung unter "operando"-Bedingungen abzubilden, d.h. während gleichzeitig Aktivität und Selektivität gemessen werden. Das Projekt eröffnet die Möglichkeit, die Bildung von aktiven Zentren einer katalytischen Reaktion mit atomarer Auflösung zu verfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Großgeräte: Gaschromatograph
• Gerätegruppe: 1340 Gaschromatographen (außer GC-MS-Kopplung)
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Marie-Laure Bocquet