Aerogele in Gasphasenkata­lyse

Eine hohe Porosität und große spezifische Oberflächen zeichnen nicht nur Aerogele als besondere Festkörper aus, sondern finden sich auch in den meisten heterogenen Katalysatoren. Daher liegt die Verbindung nahe, die beiden Themenfelder miteinander zu kombinieren. Als stoffunspezifische Materialklasse lassen sich verschiedenste Materialien als Aerogele herstellen, was den Weg zu einer Vielzahl an Katalysatorsystemen und Reaktionen eröffnet. Wir konnten dies zusammen mit unserem Kooperationspartner, der Arbeitsgruppe von Prof. Marc Armbrüster der TU Chemnitz, am komplexen Beispiel der Übertragung mehrerer gemischter Oxid - intermetallische Phase - Systeme auf Aerogele demonstrieren. Durch eine unkomplizierte Eintopfsynthese wird hier der Grundstein für die Aerogele gelegt, welche durch weitere Aktivierungsschritte zur Katalyse vorbereitet werden. Die nanoskaligen Einzelbausteine des makroskopischen Aerogels sorgen für eine hohe Atomeffizienz und eine große Querschnittsfläche der beiden an der Katalyse beteiligten Komponenten. Besonders spannend sind neben der Charakterisierung und Synthese der Aerogele und deren Katalyseverhalten insbesondere die Betrachtung von sich ausbildenden Phasen in der Gelmatrix und der Stabilität im Reaktor im Vergleich zu bestehenden Katalysatorsystemen bzw. den bulk Materialien. Unter Anwendung der oben genannten Prinzipien konnten so hochselektive und –aktive Aerogelkatalysatoren für die Methanoldampfreformierung erfolgreich hergestellt werden.

Graphik

• Ziegler, C.; Klosz, S.; Borchardt, L.; Oschatz, M.; Kaskel, S.; Friedrich, M.; Kriegel, R.; Keilhauer, T.; Armbrüster, M.; Eychmüller, A. ZnPd/ZnO Aerogels as Potential Catalytic Materials. Adv. Funct. Mater. 2016, 26 (7), 1014–1020. https://doi.org/10.1002/adfm.201503000.
• Köwitsch, N.; Thoni, L.; Klemmed, B.; Benad, A.; Paciok, P.; Heggen, M.; Köwitsch, I.; Mehring, M.; Eychmüller, A.; Armbrüster, M. Proving a Paradigm in Methanol Steam Reforming: Catalytically Highly Selective InxPdy/In2O3Interfaces. ACS Catal. 2021, 11 (1), 304–312. https://doi.org/10.1021/acscatal.0c04073.
• Köwitsch, N.; Thoni, L.; Klemmed, B.; Benad, A.; Paciok, P.; Heggen, M.; Eychmüller, A.; Armbrüster, M. Unprecedented Catalytic Activity and Selectivity in Methanol Steam Reforming by Reactive Transformation of Intermetallic In–Pt Compounds. J. Phys. Chem. C 2021, 125 (18), 9809–9817. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c02260.