Atomare Abbildung von Katalysatoroberflächen unter Reaktionsbedingungen: Hochdruck-STM am Beispiel der Ethylenoxidsynthese an Ag-Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Joost Wintterlin
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 60105786

Mit Hilfe eines speziell für hohe Drücke und Temperaturen entwickelten Rastertunnelmikroskops (STM) sollen Katalysatoroberflächen unter Bedingungen laufender katalytischer Reaktionen untersucht werden. Die aktive Oberfläche soll mit atomarer Auflösung abgebildet werden, so dass reagierende Oberflächenphasen identifiziert und reaktionsinduzierte Strukturänderungen sichtbar werden. Als Modellreaktion dient zunächst die Ethylenoxidation an Silberoberflächen. Die Reaktion ist technisch bedeutsam und läuft unter Bedingungen ab, die für STM-Messungen zugänglich sind. Der Reaktionsmechanismus ist eine der am intensivsten diskutierten Fragen der Oberflächenchemie, was vor allem durch die komplexe Wechselwirkung von Sauerstoff mit Ag-Oberflächen bedingt ist. In eigenen Vorarbeiten wurde gezeigt, dass Oberflächenphasen von Sauerstoff auf einer Ag(111)-Oberfläche bei erhöhten Drücken und Temperaturen mit der neuen Apparatur atomar abgebildet werden können. Im Vorhaben soll anschließend der Einfluss von Promotoren, die bei der technischen Ethylenoxidsynthese zugesetzt werden, auf atomarer Skala untersucht werden. Die gefundenen Arbeitstechniken sollen dann auf weitere Reaktionen, wie die CH4-Totaloxidation auf Pd-Oberflächen, angewandt werden. Das Vorhaben bietet die Chance, die atomare Struktur von Oberflächen direkt mit ihrer katalytischen Aktivität zu verknüpfen, und zwar unter Bedingungen, die technischen Prozessen nahe kommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen