Einzelatom-Übergangsmetallkatalysatoren auf mesoporösem graphitischem Kohlenstoffnitrid für die katalytische Reformierung von Ammoniak

• Antragstellerin: Dr. Sofia Stefa
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571532929

Dieser Antrag zielt auf die Entwicklung und Charakterisierung innovativer katalytischer Materialien auf der Grundlage von graphitischem Kohlenstoffnitrid für die Ammoniakreformierung ab, die sich durch optimale Aktivität und Stabilität bei niedrigen Temperaturen auszeichnen. Der Schwerpunkt dieses Antrages liegt auf der Synthese von mesoporösem graphitischem Kohlenstoffnitrid (m-GCN) und darauf aufbauend der Bildung von einatomigen Übergangsmetallkatalysatoren (TMsa). Die Forschung wird vier Hauptziele verfolgen: A. Synthese und Charakterisierung von m-GCN. B. Entwicklung und Modifizierung von TMsa@m-GCN. C. Untersuchung der Oberflächenchemie der entwickelten Katalysatoren. D. Katalytische Bewertung der entwickelten Katalysatoren. Zunächst wird m-GCN mit Hilfe einer Hard-Templating-Strategie mit einem Siliziumdioxid-Nanokolloid-Template mit kontrollierter Partikelgröße in einem Endo-Templating-Ansatz synthetisiert. Verschiedene Parameter, darunter die Größe der Siliziumdioxid-Nanopartikel, das Verhältnis von Cyanamid zu Siliziumdioxid sowie die Synthese- und Ätzbedingungen, werden eingehend untersucht. Anschließend wird eine einfache Imprägnierungsmethode angewandt, um Übergangsmetalle als einzelne Stellen in m-GCN einzubauen. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften der entwickelten Katalysatoren werden mithilfe fortschrittlicher Charakterisierungstechniken wie BET, SEM, XRD, XRF, TPR usw. eingehend untersucht. Abschließend wird die katalytische Aktivität der Katalysatoren für die Ammoniak-Reformierungsreaktion vermessen und mit Materialparametern korreliert, was zum ersten Mal eine eingehende Untersuchung der Struktur-Aktivitäts-Beziehung ermöglicht. Darüber hinaus wird die Oberflächenchemie der vielversprechendsten Katalysatoren mit Hilfe fortschrittlicher Analysetechniken untersucht, um wichtige Einblicke in das grundlegende Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Metall und Träger zu gewinnen. Die Auswirkungen der Entwicklung von einatomigen Metallen oder Clustern auf die Oberflächenchemie der Katalysatoren und die katalytische Leistung werden ebenfalls erforscht werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Forschungsarbeiten zur Entwicklung neuartiger katalytischer Materialien beitragen und unser Verständnis von Katalysatoren auf der Grundlage von graphitischem Kohlenstoffnitrid und deren Anwendungen bei der Ammoniakreformierung verbessern werden.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle