Charakterisierung von strukturellen und Oberflächeneigenschaften neuer Übergangsmetall-Chalkogenidphasen durch Spektroskopie, Sorption und katalytische Sonden

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Bensch; Professor Dr. Wolfgang Grünert
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5354947

• Erstellungsjahr: 2013

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Auf dem Gebiet der Charakterisierung aktiver Zentren von Sulfidkatalysatoren ist als Hauptergebnis der Nachweis zu nennen, dass wichtige Reaktionen auf der Oberfläche von Sulfiden (MoS2, WS2) an aktiven Zentren ablaufen können, die keinen Sauerstoff chemisorbieren. Mit großer Wahrscheinlichkeit handelt es sich dabei um Oberflächen ohne Koordinationslücken. Damit wäre eine jahrzehntealte Erklärung für die Aktivität von Sulfidkatalysatoren, die bisher durch Untersuchungen an Modellkatalysatoren sowie durch Rechnungen an theoretischen Modellen infrage gestellt worden ist, auch vonseiten der Realkatalyse experimentell widerlegt bzw. auf einen engen Bereich von Reaktionen eingegrenzt. Diese Ergebnisse entstanden in enger Zusammenarbeit zwischen den Arbeitskreisen in Bochum und in Kiel, wobei letztere sämtliche sulfidischen Materialien bereitstellten und hinsichtlich ihrer Struktur und Zusammensetzung (auch nach in Bochum durchgeführten Vorbehandlungen) charakterisierten. Auch elektronenmikroskopische Aufnahmen wurden aus Kiel beigesteuert. In Bochum wurden die Materialien nach unterschiedlichen Vorbehandlungen durch reaktionskinetische Studien hinsichtlich ihrer Aktivität für die ausgewählten Testreaktionen untersucht (AK Grünert), ihre physikochemischen Eigenschaften, auch nach Vorbehandlungen wurden durch Sorptionsmethoden und XPS charakterisiert (AK Muhler). In Kiel wurden neben der Synthese und Charakterisierung der Proben (Röntgenbeugung, Thermoanalyse, chemische Analyse, Spektroskopie, EDX, SEM, teilweise TEM mit Prof. Kienle, Kiel) für Bochum auch neue Thiomolybdat und Thiowolframat-Vorläuferverbindungen hergestellt und umfassend charakterisiert. Die meisten Verbindungen konnten phasenrein und in sehr guten Ausbeuten erhalten werden. Die Einbringung von MoS2 bzw. WS2 in mesoporöses SBA-15 konnte erfolgreich nachgewiesen werden, wobei die Verwendung oxidischer Ausgangsverbindungen vermieden wird. Diese Arbeiten wurden von den Bochumer Arbeitskreisen durch XPS-Untersuchungen unterstützt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Hydrocarbon reactions on MoS2 revisited – I. Activation of MoS2 and interaction with hydrogen studied by transient kinetic experiments. J. Catal. 256 (2008) 126-136
  M. Polyakov, M. W. E. van den Berg, T. Hanft, M. Poisot, W. Bensch, M. Muhler, W. Grünert
  
• Hydrocarbon reactions on MoS2 revisited – II. Catalytic properties in alkene hydrogenation, cis-trans isomerization and H2/D2 exchange. J. Catal., 256 (2008) 137-144
  M. Polyakov, M. Poisot, W. Bensch, M. Muhler, W. Grünert
  
• Mechanochemical activation of MoS2 – Surface properties and catalytic activities in hydrogenation and isomerization of alkenes and in H2/D2 exchange. J. Catal. 260 (2008) 236-244
  M. Polyakov, S. Indris, S. Schwamborn, A. Mazheika, M. Poisot, W. Bensch, M. Muhler, W. Grünert
  
• ”Carbon-stabilized mesoporous MoS2 – Structural and surface characterization with spectroscopic and catalytic tools”. Catal. Comm. 12 (2010) 231-237
  M. Polyakov, M. Poisot, M. W. E. van den Berg, T. Drescher, A. Lotnyk, L. Kienle, W. Bensch, M. Muhler, W. Grünert
  
• “Sulfide Catalysis without coordinatively unsaturated sites: Hydrogenation, cis-trans isomerisation and H2D2 scrambling over MoS2 and WS2“. JACS 134 (2012) 18896-18899
  T. Drescher, F. Niefind, W. Bensch, W. Grünert