Dynamische Katalysatoren für saubere Energiekonzepte

• Antragsteller: Professor Dr. Jan-Dierk Grunwaldt
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431423888

Das Forschungsprojekt DYCAT hat zum Ziel, die Wechselwirkung zwischen einem katalytisch aktiven Metall (Pt und Pd) und CeO2 als Träger zu adressieren. Wir haben kürzlich gezeigt, dass die Struktur und die elektronischen Eigenschaften von Platin durch eine geeignete Katalysatorvorbehandlung auf der Basis von alternierenden Reduktions-/Oxidationssequenzen bei milden Temperaturen optimiert werden können. Mit diesem Konzept der "dynamischen Katalysatoren" planen wir Nanopartikel, die effizient für die Katalyse wirken, maßzuschneidern und zu stabilisieren. Ziel des DYCAT-Projekts ist es, dieses innovative Konzept wissenschaftlich zu entschlüsseln und auf weitere wichtige katalytische Reaktionen in der Energieerzeugung zu übertragen, wie beispielsweise die Wasser-Gas-Shift-Reaktion für die H2-Produktion und die saubere katalytische Verbrennung von CH4. Bei der Entwicklung aktiver Katalysatoren werden vor allem die CeO2-Oberflächeneigenschaften und deren Wechselwirkung mit Pt und Pd berücksichtigt. Der wissenschaftliche Ansatz basiert auf der Kopplung zwischen fortgeschrittenen in-situ/operando Charakterisierungstechniken, Kinetik/katalytischer Leistung und theoretischer Modellierung. Synchrotronbasierte Techniken mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung wie Röntgenabsorptions- / Emissionsspektroskopie (XAS, ME-XAS, HERFD-XANES oder V2C-XES) werden eingesetzt, um Informationen über den elektronischen Zustand, die lokale Koordinationsumgebung, die Interaktion mit den Reaktanden und die Edelmetallpartikelgrößenvariation unter angewandten Reaktionsbedingungen zu erhalten. Ergänzende Informationen über die dynamischen Veränderungen aktiver Zentren auf Nanoebene werden mit einer neuen Generation von aberrationskorrigiertem ETEM (environmental transmission electron microscope) mit hoher zeitlicher Auflösung gewonnen. Die Synergie zwischen diesen beiden Arten von Charakterisierungsmethoden ist essentiell, innovativ und bietet einen erkennbaren Mehrwert zur deutsch-französischen Kooperation. Die Verknüpfung dieser wegweisenden Methoden mit katalytischen Tests und theoretischen Kalkulationen wird signifikant zum Verständnis des dynamischen Verhaltens der Edelmetall-Ceroxid-Wechselwirkung beitragen, einer notwendigen Voraussetzung für die operando Einstellung effizienter Katalysatoren für die WGS- und CH4-Oxidationsreaktion.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Carine Michel, Ph.D.; Philippe Vernoux, Ph.D.