Intermetallische Materialien für die Methan-Trockenreformierung

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Armbrüster
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570349455

Die Trockenreformierung von Methan ist eine vielversprechende heterogen katalysierte Reaktion für den Abbau der schädlichen Treibhausgase Methan und Kohlendioxid zu Synthesegas (Wasserstoff und Kohlenmonoxid). Dieses kann u.a. für die Synthese von Brennstoffen weiterverwendet werden. Die Entwicklung von Katalysatoren folgt dementsprechend dem Ansatz, die Sinterungs- und Verkokungseigenschaften bisheriger Nickel-basierter Materialien zu verbessern. Der rote Faden in der Entwicklung neuer Materialien ist einerseits die Berücksichtigung der hochdynamischen Natur der katalytisch aktiven Zentren, andererseits das Sicherstellen des reversiblen Methan/Kohlendioxid Aktivierungszyklus. Der Reaktivität von Oberflächen-Kohlenstoff als Reaktionsintermediat aktiver Katalysatoren ist hier besonderes Augenmerk zu schenken. Intermetallische Verbindungen stellen aufgrund ihrer besonderen strukturellen und elektronischen Eigenschaften vielversprechende Katalysatoren in einer Vielzahl von Reaktionen dar und werden dementsprechend auch für die Trockenreformierung von Methan eingesetzt. Für die letztere bis dato allerdings ausschließlich als Katalysator-Vorläufermaterialien, die entweder in der Trockenreformiermischung („in situ“) oder durch reduktive/oxidative Vorbehandlungen in die katalytisch aktiven Materialien, meist Metall-Oxid Systeme, zersetzt werden. Als Konsequenz sind die intrinsischen katalytischen Eigenschaften stabiler intermetallischen Verbindungen in der Trockenreformierung von Methan großteils unbekannt. Das Projekt von Prof. Marc Armbrüster und Dr. Simon Penner ist dementsprechend einer systematischen Untersuchung von intermetallischen Verbindungen auf Cobalt-Basis gewidmet, die es durch Wahl des zweiten Elements erlaubt, den ganzen Stabilitätsbereich der intermetallischen Verbindungen in der Trockenreformierung von Methan zu untersuchen. Das Cobalt-Antimon System stellt ein stabiles Material dar, bei dem eine Zersetzung in der Methan/Kohlendioxid Mischung nicht erwartet wird. Im Gegensatz dazu ist das Cobalt-Gallium System instabil und neigt zur Bildung einer Cobalt-Galliumoxid Grenzfläche. Im Cobalt-Wolfram System wird die Bildung stabiler ternärer Carbid-Phasen erwartet und demnach die Untersuchung des reaktiven intermediären Kohlenstoffs erleichtert. Der gewählte komplementäre Ansatz erlaubt die Untersuchung der unterschiedlichen katalytisch aktiven Komponenten von intermetallischen Verbindungen und demnach das Aufstellen von Struktur-Aktivitätsbeziehungen als Grundlage für die Weiterentwicklung aktiver Trockenreformier-Katalysatoren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Simon Penner