Allgemeine Angaben
| Thema: | Partialoxidation kleiner Kohlenwasserstoffmoleküle mit mikroskopischen Mengen von VxOy-Katalysatorsystemen |
| Fachgebiete und Arbeitsrichtung: | Physikalische und anorganische Chemie |
| Leiter: | Prof. Dr. Robert Schlögl | Dr. Christian Hess |
Dr. Dangsheng Su |
| Fritz-Haber-Institut der MPG
Abteilung Anorganische Chemie Faradayweg 4-6 D-14195 Berlin Telefon: 030-84 13-44 00 Telefax: 030-84 14-44 01 E-Mail-Adresse:acsek@fhi-berlin.mpg.de |
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Beschreibung
Die Arbeiten im TP B2 sind um die Frage zentriert,
Struktur-Funktionszusammenhänge an kleinen VxOy-Teilchen
zu etablieren. In der vergangenen Periode wurde der „Mikro-Reaktor“ erfolgreich
implementiert, der Strukturuntersuchungen an Proben erlaubt, die ohne Präparation
im TEM mit seinen analytischen Methoden insbesondere auf Volumenstruktur und
Defekte charakterisiert und intermittierend unter Normaldruck auf katalytische
Aktivität in C3 und C4 Oxidation überprüft werden können. Ein nennenswerter
Umsatz wurde nur mit chemisch hergestellten Vanadiumoxiden erzielt, Partikel,
die durch physikalische Verdampfung von V Metall oder V2O5
hergestellt wurden, waren nicht aktiv. Ebenso waren Volumenkristalle von V2O5
inaktiv, nur durch Nanostrukturierung oder durch Synthese des allotropen gamma-V2O5
wurde katalytische Aktivität induziert. In allen Fällen wurden erhebliche Veränderungen
der Strukturen mit dem Erreichen katalytischer Aktivität festgestellt, ohne
dass allerdings bisher die Kristallstruktur und der Oxidationszustand eindeutig
bestimmt werden konnten. Daher werden die Arbeiten auf die Untersuchung chemisch
hergestellter nanostrukturierter VxOy-Teilchen konzentriert.
Neben den gamma-V2O5 Partikeln werden in mesoporösen Silika¬ten
(SBA 15) isolierte VxOy mit unterschiedlicher Herstellungsgeschichte
das Rückgrat der weiteren Untersuchungen bilden. VxOy
nanorods, geträgert auf carbon nanofibers, stellen attraktive Probensysteme
dar, welche oberflächenanalytische Messungen durch ihre intrinsische elektrische
Leitfähigkeit unterstützen. Um einen Vergleich der im SFB erarbeiteten Resultate
mit einem technisch relevanten System zu erlangen, werden wir die Übertragbarkeit
der Ergebnisse auf das VPO System studieren, für das wir starke Indizien haben,
dass es unter Reaktionsbedingungen phasensegregiert in PxOy
und VxOy vorliegt. Um die Frage der Valenz unter Reaktionsbedingungen
besser zu untersuchen, ist es geplant, das nun verfügbare in-situ XPS Experiment
einzusetzen. Dieses wird, um strukturelle Information zu erhalten, mit einem
in-situ RAMAN Experiment, das bei 3 verschiedenen Frequenzen gleichzeitig messen
wird, verbunden. Damit stehen an einer Probe Umsatzmessungen, TEM Strukturdaten,
RAMAN Spektren und XPS Messungen zur Verfügung. Bis auf die TEM Beobachtungen
sind alle Messungen in-situ unter „Hochdruckbedingungen“ ausgeführt.
Die Lücke in den Experimenten wird durch die Kombination von in-situ NEXAFS
und TEM – EELS Messungen geschlossen. Wir erwarten unter anderem Aufschlüsse
über die Rolle von Vanadylgruppen, über die Frage, welcher Oxidationszustand
die reduzierte Form von V5+ dar¬stellt (V4+oder V3+)
sowie welche dynamischen Veränderungen an Mikromorphologie und Volumenstruktur
mit der Aktivierung einhergehen.
Enge Kooperationen erwarten wir mit den Theoriegruppen, mit den Projekten zu
planaren Systemen und mit den Projekten zur praktischen Katalyse, deren Systeme
wir in unsere Cha¬rakterisierungskampagne mit aufnehmen wollen.