Größenabhängige elektronische, strukturelle und katalytische Eigenschaften von nanostrukturierten Metalloxidcluster auf Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Springborg
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 395619289

Eine der wichtigsten Anwendungen von Nanoteilchen / Cluster ist die der heterogene Katalyse, wo das große Oberfläche/Volumen Verhältnis ausgenutzt werden kann. Meistens sind die Cluster dann auf irgendeinem Substrat deponiert, was detaillierte theoretische oder experimentelle Studien zu den Details der katalytischen Vorgängen erheblich erschwert. Bei den katalytischen Reaktionen spielt die Reaktion mit Sauerstoff eine der wichtigsten Rollen. Für diese können mit Vorteil Metalloxide als Katalysatoren verwendet werden. In dem vorgeschlagenen Projekt soll ein atomistisches Verständnis für eine einfache Modellreaktion, die Oxidation von CO, entwickelt werden. Titan- und Vanadium-Oxid Cluster deponiert auf entweder Graphen oder Silica sollen als Katalysatoren untersucht werden. Verschiedene M(x)O(y) Cluster mit bis zu N = x+y = 50 Atomen sollen betrachtet werden. Sowohl stöchiometrische (y/x = 2 für M = Ti, y/x = 2,5 für M = V) Cluster als auch solche, die beinahe stöchiometrisch (Sauerstoff-arm oder -reich) sind sollen untersucht werden.Die erste Aufgabe wird sein, die Strukturen der Cluster zu bestimmen. Hierbei sollen unvoreingenommene Methoden eingesetzt werden, die wir seit Jahren verwenden, für isolierte Cluster in der Gasphase, die anschließend auf die Substrate deponiert werden, und für Cluster, die direkt auf den Substraten erzeugt werden. Die Oxidation von CO soll anschließend untersucht werden. Bei diesem Teil werden wir von einer Zusammenarbeit mit einer Indischen Kollegin, Dr. Neetu Goel, profitieren, die sich seit einigen Jahren mit theoretischen Studien zu Katalyse beschäftigt, die unsere Erfahrung hervorragend ergänzt. Als Katalysatoren sollen isolierte Cluster in der Gasphase, solche Cluster auf den Substraten deponiert, und Cluster auf den Substraten erzeugt untersucht werden.Die Arbeit soll Information zu den Fragen liefern, ob Sauerstoff in den Metalloxid Cluster eine Rolle bei der Reaktion spielt, ob stöchiometrische oder Sauerstoff-arme/reiche Cluster die bessere Katalysatoren sind, wie wichtig die Substrate sind für die katalytische Reaktion.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Indien
• Kooperationspartnerin: Dr. Neetu Goel