Entwurf von Modellkatalysatoren für die CO2-Hydrierung zu Methanol auf Basis gasphasensynthetisierter Palladium-Nanopartikel gemischt mit Post-Übergangsmetallen

• Antragsteller: Professor Dr. Malte Behrens
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569061477

Methanol hat großes Potenzial als Power-to-Liquid-Molekül. Es kann direkt aus abgeschiedenem anthropogenem CO₂ und grünem Wasserstoff hergestellt werden und trägt somit zur Bewältigung sowohl des Klimawandels als auch der Energieversorgungsprobleme bei. Während Pd-basierte Katalysatoren, die mit (Post-)Übergangsmetallen kombiniert werden, die höchste Aktivität für diese Reaktion aufweisen, wird die Leistungssteigerung durch ihre komplexe und dynamische Natur erschwert, da diese die Identifizierung der aktiven Zentren herausfordert. Wir werden neuartige Katalysatoren für die CO₂-Hydrierung entwickeln, die auf gasphasen-synthetisierten bi- und trimetallischen Nanopartikeln basieren und Palladium mit Post-Übergangsmetallen wie Zn, In, Ga und Al kombinieren. Diese Partikel werden mittels Clusterstrahlabscheidung auf flachen Trägermaterialien abgeschieden, wobei Größe, Zusammensetzung und Sauerstoffgehalt präzise kontrolliert werden. Ihre katalytische Aktivität wird unter realistischen Bedingungen in einem neuartigen Mikroreaktor getestet. Die vielversprechendsten Katalysatoren werden ex situ mittels SEM, STEM und XPS sowie unter realistischen Betriebsbedingungen mittels XAFS und hochauflösender MES-DRIFTS charakterisiert, um dynamische Veränderungen unter Reaktionsbedingungen, aktive Zentren und Zwischenprodukte im Reaktionsmechanismus zu entschlüsseln. Diese experimentellen Ergebnisse werden quantenchemische Berechnungen leiten, um das Verständnis des CO₂-Hydrierungsmechanismus weiter zu vertiefen. Die Korrelation theoretischer Erkenntnisse mit Struktur, Oxidationszustand und Ladung der Nanopartikel sowie deren katalytischer Aktivität und Selektivität wird zur rationalen Entwicklung einer neuen Generation von CO₂-Hydrierungskatalysatoren beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien
• Mitverantwortlich: Dr. Sharif Najafishirtari
• Kooperationspartner: Dr. Didier Grandjean; Professor Dr. Ewald Janssens