Julian Nicolaas Bär - Institut für Technische Chemie und ...

Kapitel 2 – Theoretische Grundlagen
stellen. Mit steigender Brennstoffkonzentration in der Gasphase ist es unwahrscheinlicher,
dass die zur Reaktion nötigen Sauerstoffmoleküle adsorbieren. Somit muss mehr Energie
zugeführt werden, um die Reaktion zu initiieren, was sich anhand einer höheren
Zündtemperatur beobachten lässt.
Es ist für die Oxidation des Brennstoffs nötig, dass die Moleküle an der Oberfläche adsorbiert
sind, was dem Langmuir-Hinshelwood-Mechanismus einer katalysierten Reaktion entspricht
[44] . Für diese Reaktion müssen die Brennstoff- und die Sauerstoffmoleküle dissoziiert
werden. Somit kann das Zündverhalten einer katalytischen Reaktion direkt mit der Stärke der
intramolekularen Bindung korreliert werden. Am Beispiel der Oxidation der
Kohlenwasserstoffe kann gezeigt werden, dass mit größerer C-H-Bindungsenergie mehr
Energie zur Spaltung der Bindung nötig ist. Somit steigt die Zündtemperatur, was durch
Experimente von Veser et al. [37] an Pt-Katalysatoren belegt wurde.
2.2.3 Abhängigkeit von der Art des Katalysatormetalls
Das Adsorptionsverhalten der Reaktionsgase wurde im vorigen Unterkapitel bereits erläutert,
jedoch sind für die Erforschung der Adsorption die Eigenschaften des Katalysatormetalls
essentiell. In einer Studie von Ziauddin et. al. [45] wurden für die Ethanoxidation verschiedene
Metalle verwendet, um die Zündtemperatur mit den Katalysatoreigenschaften korrelieren zu
können. Hierbei wurde neben Pt, auch Pd, Rh, Ir, und Ni als Katalysator verwendet. In dieser
Studie wurde beobachtet, dass sich die Zündtemperaturen für die gleiche Reaktion erheblich
voneinander unterscheiden. [45] Der Grund hierfür ist in erster Linie die unterschiedliche
Adsorptionsstärke der Metalle zu den Reaktanden. Des Weiteren können die Reaktanden die
aktive Oberfläche des Metalls durch Verkokung oder Oxidbildung irreversibel vergiften, was
zu höheren Zündtemperaturen führt. Dies ist abhängig von der Affinität des Metalls, eine
Bindung zu den Reaktanden auszubilden.
Ziauddin et al. [45] zeigte weiterhin, dass die Zündtemperatur mit zunehmender Stärke der
Sauerstoff-Metall-Bindung und zunehmender Oxidstabilität aufgrund der stärker vergiftenden
Eigenschaften der Sauerstoffadsorption ansteigt.
Die Metalle Rh, Ir und Ni wechselwirken stark mit Sauerstoff, daher liegen die
Zündtemperaturen für brennstoffarme („magere“) Bedingungen bei vergleichsweise hohen
Werten. Ni bildet beispielsweise auch bei brennstoffreichen („fetten“) Bedingungen Oxide,
welche die katalytische Oberfläche deaktivieren. Daher werden Rh, Ir und Ni in der Industrie
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