In-Situ Charakterisierung der Metall-Träger-Wechselwirkung und Studie zur Struktur-Reaktivitätsbeziehung in der Katalyse

• Antragsteller: Dr. Yuemin Wang
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392178740

Die Studie an Ceroxid-getragenen IB Metallnanopartikeln (Cu, Ag, Au) in verschiedener Teilchengröße und Morphologie hat sich aufgrund außergewöhnlicher katalytischer Aktivität für eine Vielzahl von Reaktionen zu einem der interessantesten Themen in der heterogenen Katalyse entwickelt. Es ist bekannt, dass die starken Metall-Träger-Wechselwirkungen (SMSI) eine Schlüsselrolle für die katalytischen Eigenschaften (Aktivität, Selektivität und Stabilität) spielen. Trotz umfangreicher Studien fehlt noch ein grundlegendes Verständnis des SMSI-Effekts sowie der Struktur-Aktivitätsbeziehung bezüglich der Metall/Ceroxid-Katalysatoren. Dies ist vor allem auf die hohe Komplexität der nanostrukturierten Metall-Ceroxid-Materialien und das Fehlen von ausführlichen oberflächenwissenschaftlichen Studien an wohldefinierten Modellkatalysatoren zurückzuführen. In diesem gemeinsamen Projekt werden die beiden Partnergruppen in sehr enger Kooperation an der Herstellung und der in-situ-spektroskopischen- sowie mikroskopischen Charakterisierung von Metall/Ceroxid-Systemen arbeiten. Der deutsche Partner beschäftigt sich mit der ausführlichen spektroskopischen Charakterisierung (UHV-FTIRS zusammen mit XPS, NEXAFS) der IB-Metallpartikel (Cu, Ag, Au) auf CeO2-Einkristalloberflächen (polarisationsabhängige IRRAS-Messungen) sowie auf nanostrukturierten Ceroxid-Materialien (IR-Transmissionsmessungen). Der chinesische Partner konzentriert sich auf die Synthese verschiedener Typen von Metall/Ceroxid-Nanopartikeln mit einstellbarer Morphologie und Größe. Die entsprechenden ETEM/STEM-Nanoreaktor-Experimente sollen durchgeführt werden, um das dynamische Verhalten von verschiedenen Metall/Ceroxid-Katalysatoren unter Aktivierungs- und Reaktionsbedingungen darzustellen. Darüber hinaus werden wir systematische und kollaborative Arbeiten an Reaktionsmechanismen und Reaktionskinetik von ausgewählten Reaktionen wie Tieftemperatur-CO-Oxidation und Wassergas-Shift-Reaktion (WGS) vornehmen. Unser Ziel ist ein detaillierter Einblick in die strukturellen, elektronischen und reaktiven Eigenschaften von komplexer nanostrukturierten Metall/Oxid-Katalysatoren basierend auf erworbenen, zuverlässigen und umfangreichen Referenzdaten für diverse einkristalline Modellsysteme. Das übergeordnete Ziel liegt im fundamentalen Verständnis des SMSI-Effekts und der intrinsischen Struktur-Reaktivitätsbeziehung, welche ein rationales Design von Ceroxid-basierten Katalysatormaterialien im Nanomaßstab ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Wenjie Shen, Ph.D.