Sonderforschungsbereich 546
"Struktur, Dynamik und Reaktivität
von Übergangsmetalloxid-Aggregaten"
Teilprojekt B7
Allgemeine Angaben
| Thema: |
Technische V2O5/TiO2-Modellkatalysatoren:
Herstellung und Untersuchung der Aktivkomponente-Träger-Wechselwirkung
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| Fachgebiete
und Arbeitsrichtung: |
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Leiter:
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Prof. Dr. Helmut Schubert
Technische Universität Berlin
Insstitut für Werkstoffwissenschaften und -technologien
Englische Straße 20
10587 Berlin
Telefon: 030 314 23425
Telefax: 030 2093-6966
E-Mail-Adresse: schubert@ms.tu-berlin.de
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Beschreibung
In diesem Teilprojekt soll versucht werden,
die Lücke zwischen rein atomistischen Untersuchungen bzw. deren Modellen und
Realkatalysatoren durch gezielte Modellexperimente und deren Untersuchung mit
mikroskopischen und elektrochemischen Methoden zu schließen. Es gibt inzwischen
ein fundiertes Wissen über die atomaren Vorgänge, die meist an sehr kleinen
Dimensionen erhalten wurden. Diese Modelle unterscheiden sich in mehreren Aspekten
von der Situation im Realkatalysator, die durchweg mit hydrolisierten Oberflächen
und einer anderen Morphologie behaftet sind. Geeignete Modellproben müssen einerseits
an diesen Belangen Rechnung tragen. Sie müssen anderseits für hochauflösende
physikalische und chemische Techniken zugänglich sein. In diesem Projekt sollen
bestehende Erfahrungen (TU) zur Herstellung definierter ebener Modelloberflächen
genutzt werden. In Analogie zu Realkatalysatoren werden diese Modelle aus einem
Träger (Direktoxidation, Keramik oder Einkristall) und einer Aktivkomponente
bestehen. Für die Herstellung letzterer kommen die gleichen Methoden wie in
der Praxis in Frage. Damit ist die Möglichkeit eröffnet, durch atomistische
Modellproben (Freund) über die hier angesprochenen Proben bis zu geträgerten
Realkatalsatoren Vergleiche zu ziehen. Die Modellsysteme müssen mit den gängigen
Methoden charakterisiert werden (Ellipsometie, ATR, TGHE, XRD, Kontaktwinkel
etc.). Besonderer Bedeutung kommt das Interface zu. Als geeignete Methode sind
Querschnittspräparation und analytisches HR-TEM in Frage (FHI). Neben dem Vergleich
von Aufbau und Eigenschaften muss die Korrelation zu katalytischen Eigenschaften
erfolgen. Hierzu wird mit B3 (Kondratenko), B4 (Kemnitz) und Schomäcker kooperiert.
Diese Modellsysteme eignen sich auch, die Potentiale am Übergang vom Festkörper
in die Gasphase mit elektrochemischen Methoden zu charakterisieren. Die Mehrzahl
der Katalysereaktionen erfordern Beweglichkeit und Austausch von Ionen und Elektronen,
d. h. es müssen bei diesen Katalysepartialdrücken gemischte Leiter mit niedrigen
Austrittsarbeiten sein. Die elektrochemische Charakterisierung erfolgt zuerst
an reinen Grundstoffen (TU) durch Impedanzspektroskopie und Hebb-Wagner Polarisation
in definierten Gasatmosphären. Desweiteren sind elektrochemische Zellen
geplant, bei denen das Potential durch eine definierte Elektrode wie z.B. ZrO2
festgelegt wird (Kelvinmethode). Durch Messung der Nernstspannung kann dann
letztlich auf die Austrittsarbeit geschlossen werden. Da viele Träger-Katalysatoren
durch inselförmige Aktivkomponenten gekennzeichnet sind, sollen zusätzlich
Mikroimpedanzmessungen ausgeführt werden (FHI / Freund). Hierzu müssen
Manipulatoren für Elektroden auf Basis von AFM aufgebaut und in die Impedanzmessung
integriert werden (2./3. Jahr).
Publikationen