Entwicklung neuer Vorstufen und Prozesse zur zielgerichteten Abscheidung von Platinmetallen

• Antragsteller: Professor Dr. Sanjay Mathur
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458364317

Die Platinmetalle (Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt) werden als hocheffiziente Katalysatoren, die in molekularer Form (homogene Katalysatoren) oder als nanostrukturierte Materialien (heterogene Katalysatoren) vorliegen können, sowohl in der chemischen Synthese organischer Verbindungen, als auch in Brennstoffzellenanwendungen eingesetzt. Aufgrund ihres geringen natürlichen Vorkommens und aufwändiger Gewinnung widmen sich viele aktuelle Forschungsarbeiten der Substitution dieser Elemente bei gleichzeitig hoher katalytischer Aktivität bzw. deren effizienteren Nutzung oder umweltfreundlicheren Wiedergewinnung. Das vorliegende Vorhaben adressiert die effiziente Darstellung nanostrukturierter heterogener Platinmetallkatalysatoren mittels chemischer Gasphasenabscheidung (engl. chemical vapor deposition; CVD) aus molekularen Vorstufen. Diese Synthesemethode erlaubt es, stabile homogene Beschichtungen auch in offenporigen Trägermaterialien zu erhalten und somit aktive Katalysatoren darzustellen. Als Voraussetzung für eine zielgerichtete Beschichtung mittels CVD ist jedoch die Verfügbarkeit und das Verständnis definierter molekularer Vorstufen (sog. Precursoren), mit hoher Flüchtigkeit und angepasstem Reaktionsprofil. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften neuer Precursorbibliotheken der Platinmetalle werden dabei mit bereits verfügbaren Vorstufen verglichen und molekulare Struktur-Eigenschaftsbeziehungen in Bezug auf Reaktivität und Flüchtigkeit etabliert. Neben der Precursorchemie ist die gezielte Materialsynthese, in einem auf die jeweiligen Vorstufen abgestimmten Beschichtungsprozess, unerlässlich. Nur durch ein umfassendes Verständnis und Kontrolle der Materialsynthese können wohldefinierte katalytisch aktive Oberflächen dargestellt werden, die wiederum als Basis für materialzentrierte Struktur-Eigenschaftsbeziehungen der nanostrukturierten Oberflächen, in Bezug auf deren katalytische Aktivität in z. B. Brennstoffzellenanwendungen dient. Insbesondere der Einsatz von in-situ bzw. in-operando Messmethoden (z. B. IR-spektroskopische Analyse gasförmiger Platinmetallvorstufen, sowie massenspektroskopische Analyse von Zersetzungsprodukten in CVD Reaktoren) ermöglicht es, Informationen unter realen Reaktionsbedingungen zu erhalten. Dieses Projekt verfolgt somit den holistischen Ansatz „vom Molekül zum Material“ was durch zwei eng miteinander verzahnte Schwerpunkte – einen molekülchemischen und einen materialwissenschaftlichen - adressiert wird. Nur so lassen sich Einflüsse von der molekularen Vorstufe auf die technologische Anwendung der daraus resultierenden Materialien als heterogene Katalysatoren umfassend verstehen und als Fernziel auch technologisch nutzbar machen. Die hier erhaltenen molekül-und materialchemischen Erkenntnisse werden darüber hinaus durch Kooperationen mit sowohl theoretisch, als auch anwendungsorientiert arbeitenden Forschungsgruppen weiter vertieft.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Natalya Morozova, bis 3/2022