Katalysatorplattform verbessert das Verständnis von arbeitenden Katalysatoren
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Eine neuartige Katalysatorplattform, bekannt als Laterally Condensed Catalysts (LCC), wurde entwickelt, um das Design und die Analyse der funktionalen Schnittstelle zu ermöglichen, die die aktive Phase mit ihrer Unterstützung verbindet. Diese Schnittstelle beeinflusst nicht nur die chemischen Eigenschaften der reaktiven Schnittstelle, sondern kontrolliert auch deren Stabilität und damit die Nachhaltigkeit der katalytischen Materialien. Die Entwicklung wurde wesentlich durch die Anwendung von operando-Spektroskopie am Synchrotron BESSY II unterstützt, die es ermöglichte, die dynamischen Prozesse und Strukturen unter Reaktionsbedingungen zu beobachten und zu verstehen.
Unbeschränkte Kombinationen in der Zusammensetzung zwischen aktiver Phase und Unterstützung ermöglichen beispielsweise den direkten Energietransfer zur reaktiven Schnittstelle in der Elektrokatalyse oder elektrischen Heizung. Die physikalische Synthesemethodik im Rahmen des FHI-HZB CatLab-Projekts, die aus der Solarzellentechnologie stammt, ermöglicht den Zugang zu präzisen und homogenen Strukturen und Chemie. Dies erleichtert das mechanistische Verständnis von arbeitenden Katalysatoren und deren anschließende Optimierung durch die Untersuchung reaktiver und funktionaler Schnittstellen mittels Operando-Spektroskopie. Die hier untersuchten Dünnschichtkatalysatoren wurden mit dem Ziel synthetisiert, die Schnittstellenstruktur von Leistungskatalysatoren zu entwerfen und die Materiallücke zwischen Modell- und realen Pulverkatalysatoren zu schließen, während der Einsatz von Edelmetallen minimiert wird. Seine einzigartige flache und dicht gepackte Struktur (LCC) ermöglicht es, eine homogene hohe Dichte an oberflächenaktiven Stellen zu erreichen, wodurch der Gehalt an Material im "Bulk" oder der Unterfläche der aktiven Katalysatoren minimiert wird, was sich positiv auf die Selektivität der katalysierten Reaktion auswirkt.
Diese Bemühungen werden in einer Studie beschrieben, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, mit dem Titel "Rationally Designed Laterally-Condensed-Catalysts Deliver Robust Activity and Selectivity for Ethylene Production in Acetylene Hydrogenation." Die Studie ist Teil des CatLab-Projekts, einer Zusammenarbeit, die prominent das Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft (FHI), das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie und das Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion umfasst. Das CatLab-Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.
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