FWF - heterogene Katalysator - Reaktivität und Struktur von heterogenen Katalysatorsystemen

Ein Forschungsprojekt wird beantragt, in dem die chemischen und physikalischen Eigenschaften von angehenden heterogenen Katalysatoren für die Dehydrogenierung von Methanol, die Methanol Bildung aus Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid und Wasserstoff und die Methanol Dampfreformierung untersucht werden sollen. Diese Reaktionen sind sowohl für fortgeschrittene Brennstoffzellen als auch für neuartige Energieerzeugungsmethoden von technischer Bedeutung. Im beantragten Projekt werden vor allem Modellkatalysatoren mit Hilfe von modernen oberflächenanalytischen Methoden untersucht, um ein grundlegendes Verständnis der physikalisch- chemischen Eigenschaften der Modellkatalysatoren zu erlangen. Es werden Pd(111) - Zn Oberflächenlegierungen und eine Pd(111) Oberfläche, die mit dünnen Zinkoxidschichten dekoriert ist, als Modellkatalysatoren untersucht. Diese Systeme werden mit atomarer Präzision untersucht, indem ein oberflächenanalytischer Forschungsansatz verwendet wird. Die Reaktivität der Oberflächen bezüglich der Methanol Dehydrogenierung und der CO und CO2 Hydrierung wird mit Reflektions Absorptions Infrarot Spektroskopie (RAIRS), Thermischer Desorptions Spektroskopie (TDS), Temperatur programmierter Reaktionsspektroskopie (TDR) und mit Untersuchungen zur Kinetik der Reaktionen unter hohen Drücken, mit Hilfe einer Ultrahochvakuum Kammer, die mit einer ausschließlich aus Glas gefertigten Hochdruckreaktionszelle ausgestattet ist, erforscht. Die Strukturen der Pd - Zn Oberflächenlegierungen und des Zinkoxid - Pd Systems werden mit atomarer Auflösung mittels Rastertunnelmikroskopie (STM), der Streuung niedrig energetischer Elektronen (LEED), Dichtefunktionaltheorie (DFT) und mit Kohlenmonoxid als Testmolekül mittels RAIRS untersucht. Die Kombination der Ergebnisse der Reaktivitätsuntersuchungen und der Ergebnisse der atomaren Strukturaufklärung wird ein komplettes Bild der mikroskopischen Prozesse, die den Mechanismus der Modellreaktionen beeinflussen, liefern. Die beantragte Forschung versucht die Kinetik der Reaktionen unter hohen Drücken zu erklären, indem ein detaillierter physikalisch- chemischer Mechanismus mit Hilfe der Ergebnisse der oberflächenanalytischen Untersuchungen aufgestellt wird. Diese Ergebnisse werden die wissenschaftliche Basis für das wissensbasierte Design von fortgeschrittenen Katalysatormaterialen bringen.