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pte20220110012 Forschung/Entwicklung, Produkte/Innovationen

Kat: Oberfläche nun mit atomarer Auflösung

Aktivität und Stabilität der Partikel nun noch besser erforschbar - Chemische Industrie profitiert


Atomare Struktur: Kat-Oberfläche besser erforschen (Bild: pixabay.com, PIRO4D)
Atomare Struktur: Kat-Oberfläche besser erforschen (Bild: pixabay.com, PIRO4D)

Bochum/Mülheim an der Ruhr (pte012/10.01.2022/13:00) - Mit atomarer Auflösung haben Forscher der Ruhr-Universität Bochum (RUB) http://rub.de , der Universität Duisburg-Essen und des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion die 3D-Struktur der Oberfläche von Katalysator-Nanopartikeln sichtbar gemacht. Diese spielt eine entscheidende Rolle für die Aktivität und Stabilität der Partikel. Die detaillierten Einblicke gelangen mit einer Kombination aus Atomsondentomografie, Spektroskopie und Elektronenmikroskopie.

3D-Struktur verstehen

Nanopartikel-Katalysatoren kommen bei der Produktion von Wasserstoff für die chemische Industrie zum Einsatz. Um die Leistung zu optimieren, ist es unabdingbar, den Einfluss der 3D-Struktur zu verstehen. Die Wissenschaftler haben zwei verschiedene Arten von Nanopartikeln aus Cobalt-Eisenoxid untersucht, die kleiner als zehn Nanometer waren. Sie analysierten die Partikel während der Katalyse der sogenannten "Oxygen Evolution Reaction". Dabei handelt es sich um eine Teilreaktion, die während der Wasserstoffproduktion auftritt.

Wasserstoff wird durch die Spaltung von Wasser mittels elektrischer Energie gewonnen; dabei entstehen Wasserstoff und Sauerstoff. Der Flaschenhals bei der Entwicklung neuer Produktionsprozesse ist die Teilreaktion, in der Sauerstoff gebildet wird, die Oxygen Evolution Reaction. Denn diese Reaktion verändert die Kat-Oberfläche und sorgt dafür, dass die Wasserspaltung ineffizienter wird. Genau diese Veränderungen an der Oberfläche wollen die Experten verstehen, da sie entscheidend für die Aktivität und Stabilität des Katalysators sind.

Reaktionen nachvollziehen

Gerade für kleine Nanopartikel von weniger als zehn Nanometern Durchmesser fehlten bislang Infos dazu, was an der Kat-Oberfläche während der Reaktion passiert. Mit der Atomsondentomografie konnte die Verteilung der verschiedenen Atomsorten in den Cobalt-Eisenoxid-Katalysatoren dreidimensional sichtbar gemacht werden. In Kombination mit weiteren Methoden wurde gezeigt, wie sich die Struktur und Zusammensetzung der Oberfläche während des Katalyseprozesses verändert - und wie diese Veränderung mit der katalytischen Leistung zusammenhängt. Details sind in "Nature Communications" nachzulesen.

(Ende)
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