SFB 1441:  Verfolgung der aktiven Zentren in heterogenen Katalysatoren für die Emissionskontrolle (TrackAct)

• Fachliche Zuordnung: Wärmetechnik/Verfahrenstechnik ; Chemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426888090

Heterogene Katalysatoren basierend auf geträgerten Edelmetallclustern und -partikeln spielen eine Schlüsselrolle in zahlreichen Anwendungen wie der Emissionskontrolle, der Wasserstofferzeugung und der Feinchemie. Mehr als 60% der jährlich gewonnenen Edelmetalle werden in diesen Bereichen eingesetzt. Während ihre katalytischen Eigenschaften stark von der atomaren Struktur abhängen, treten innerhalb des Reaktors kooperative und orts-/zeitabhängige Effekte auf. Darüber hinaus stellen strukturelle Veränderungen unter Prozessbedingungen und die ausgeprägte Heterogenität der Katalysatoren eine große Herausforderung für das wissensbasierte Design dar. Aktuell eröffnen sich neue Perspektiven, z.B. bei der Herstellung definierter Metallcluster/Partikel, deren Charakterisierung sowie der theoretischen Beschreibung und Simulation, die es erlauben werden, die aktiven Zentren in katalytischen Systemen zu verfolgen und grundlegend zu verstehen. Hier setzt der geplante interdisziplinäre Sonder-forschungsbereich an, der auf ein ganzheitliches Verständnis der katalytischen Prozesse durch Verknüpfung der verschiedenen Längenskalen und Komplexitätsniveaus zielt. Unser skalenübergreifende An-satz verbindet drei Bereiche: (A) größenselektierte Cluster und definierte Nanopartikel, (B) poröse Katalysatoren mit Edelmetallpartikeln definierter Größe auf Trägeroxiden mit orientierten Oberflächen und (C) Reaktorebene mit hierarchisch strukturierten Katalysatoren. Wichtige Facetten sind der Einsatz neuartiger Präparationsmethoden auf allen hierarchischen Ebenen, die Verfolgung der Struktur der Edelmetallspezies und die Multiskalenmodellierung von molekularen Prozessen bis zum katalytischen Reaktor. Diese ganzheitliche Strategie wird für die katalytische Emissionskontrolle eingesetzt, fördert aber zugleich die Entwicklung grundlegender Konzepte für heterogen katalysierte Reaktionen. In der ersten Förderperiode liegt der Schwerpunkt auf der Identifizierung und Verfolgung der aktiven Zentren auf den verschiedenen Komplexitätsebenen. In der zweiten Förderperiode sollen die Erkenntnisse genutzt werden, um die Struktur der aktiven Zentren bis hin zum Reaktor gezielt zu steuern. In der dritten Förderperiode sollen prädiktive Werkzeuge genutzt werden, um die Struktur der aktiven Zentren bzw. die Leistungsfähigkeit des katalytischen Reaktors zu kontrollieren.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

• A01 - Struktur und Reaktivität von größenselektierten Clustern in der Gasphase (Teilprojektleiter Heiz, Ulrich ;  Schooß, Detlef )
• A02 - Reaktivität und Sintern von nach Größe- und Zusammensetzung selektierten Clustern auf Trägern (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Kappes, Manfred ;  Lechner, Barbara )
• A03 - Reaktivität und hochentwickelte Elektronenmikroskopie von massenselektierten Clustern auf Oxidträgern (Teilprojektleiter Hahn, Horst ;  Kübel, Christian )
• A04 - Infrarotspektroskopie und quantenchemische Berechnungen an oxidgeträgerten Metallpar-tikeln/-clustern (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Fink, Karin ;  Wang, Yuemin )
• A05 - Struktur und Zusammensetzung von PtPd Modellkatalysatoren unter operando Bedingun-gen: Experiment und Theorie (Teilprojektleiter Pleßow, Philipp ;  Stierle, Andreas )
• A06 - Untersuchung der Dynamik von geträgerten Pt- und Pd-Katalysatoren durch skalenübergreifende analytische in situ Raster- und Transmissionselektronen-mikroskopie (Teilprojektleiterin Eggeler, Yolita )
• B01 - Synthese und Charakterisierung von Metalloxidträgern mit anisotroper Morphologie (Teilprojektleiter Feldmann, Claus ;  Kübel, Christian )
• B02 - Systematische Synthese und katalytische Tests von definierten Edelmetallspezies auf Pulverträgern (Teilprojektleiterinnen Behrens, Silke ;  Casapu, Maria )
• B03 - In situ/operando-Charakterisierung von Edelmetallclustern und Partikeln auf Metalloxiden unter Reaktionsbedingungen (Teilprojektleiter Grunwaldt, Jan-Dierk ;  Wöll, Christof )
• B04 - Multiskalen Modellierung der Oxidativen Beseitigung von Schadstoffen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Angeli, Sofia ;  Studt, Felix )
• C01 - Neuartige Reaktor- und Katalysatorkonzepte mittels 3D-Druck und überkritische fluidreakti-ver Abscheidung (Teilprojektleiter Dittmeyer, Roland ;  Türk, Michael )
• C02 - Monolithische Katalysatoren mit enger Partikelgrößenverteilung in Schichten mit definier-ten Gradienten (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Behrens, Silke ;  Grunwaldt, Jan-Dierk )
• C03 - Chemische Bildgebung von strukturierten Katalysatoren mittels hochauflösender Röntgen-mikroskopie und Tomographie (Teilprojektleiter Schroer, Christian ;  Sheppard, Thomas )
• C04 - Orts- und zeitaufgelöste Untersuchung der Gasphase und der Struktur des Katalysators (Teilprojektleiter Deutschmann, Olaf ;  Grunwaldt, Jan-Dierk )
• C05 - Untersuchung und Modellierung des Einflusses von realen Betriebsbedingungen auf die Katalysatorleistung (Teilprojektleiter Deutschmann, Olaf ;  Koch, Thomas )
• INF - Automatisierung des interdisziplinären Forschungsdatenmanagements für die Katalyse (Teilprojektleiter Deutschmann, Olaf ;  Sheppard, Thomas ;  Studt, Felix )
• Z - Zentrale Aufgaben und Koordination des SFB (Teilprojektleiter Grunwaldt, Jan-Dierk )

• Antragstellende Institution: Karlsruher Institut für Technologie
• Beteiligte Hochschule: Technische Universität München (TUM)
• Beteiligte Institution: Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)
• Sprecher: Professor Dr. Jan-Dierk Grunwaldt