Jahresbericht 2007 - Leibniz-Institut für Katalyse

Katalytische in situ-Studien Katalytische in situ-Studien
Leiterin des Forschungsbereiches
Priv.-Doz. Dr. Angelika
Brückner
Tel.: (030) 6392 – 4301
Fax: (030) 6392 – 4454
angelika.brueckner
@catalysis.de
Kooperation mit Dr. F.
Emmerling und Dr. H.
Riesemeier (BAM)
Der Forschungsbereich
im Überblick
Im Forschungsbereich werden arbeitende Katalysatoren in
verschiedenen Reaktionen sowie Einflüsse von Syntheseparametern
auf Katalysatoreigenschaften mit spektroskopischen
Methoden vorzugsweise unter realen Reaktionsbedingungen
untersucht. Ziel ist es, möglichst authentische Kenntnisse zu
Struktur-Wirkungsbeziehungen und Reaktionsmechanismen als
Grundlage für das wissensbasierte Katalysatordesign zu erarbeiten.
Die Arbeitsschwerpunkte konzentrierten sich zum einen auf die
Entwicklung neuer simultaner Methodenkopplungen, da hierdurch
das Potential zugänglicher Informationen enorm erweitert werden
kann, und zum anderen auf den Einsatz dieser Techniken bei der
Aufklärung von Struktur-Wirkungsbeziehungen in nachhaltigen
katalytischen Reaktionen.
Mit der simultanen in situ-XRD/Raman-Spektroskopie wurde eine
neue Kopplungsmethode für die Untersuchung fester Katalysatoren
in heterogenkatalytischen Gasphasenreaktionen sowie während der
Formierung entwickelt. Sie hat sich beim Studium der Phasenbildung
in MoVNbTe-Mischoxid-Katalysatoren während der Calcinierung
als außerordentlich hilfreich, da beide Methoden für die oxidischen
Zielphasen mit Mo O -Struktur sowie für die unerwünschten
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Phasen MoO und MoO unterschiedliche Nachweisempfindlichkeit
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besitzen. So konnten Regeln für die optimale Steuerung des
Calcinierungsprozesses im Hinblick auf die Zielphasen erarbeitet
werden [1].
In Kooperation mit der Bundesanstalt für Materialforschung (BAM)
wurde an BESSY II im Rahmen eines DFG-Verbundprojektes mit
dem Aufbau eines Messplatzes für simultane operando-SAXS/
WAXS/XAS-Spektroskopie begonnen. Damit werden dotierte
Pd-Trägerkatalysatoren während der Acetoxylierung von
Toluol zu Essigsäure untersucht um Ursachen für beobachtete
Aktivitätsunterschiede aufzuklären mit dem Ziel, verbesserte
Präparations- und Konditionierungsverfahren zu entwickeln. Die
neue Methodik erlaubt es, simultan sowohl reaktionsbedingte
Wertigkeitswechsel und lokale Strukturänderungen von Metallionen
mittels XAS als auch Eigenschaften kristalliner Bestandteile
(Phasenzusammensetzung, Kristallitgrößen, Textur) mittels SAXS/
WAXS zu detektieren.
Ebenfalls in Kooperation mit der BAM und dem Forschungsbereich
„Katalytische Verfahren“ wurde an der μ-spot beamline der BAM an
BESSY II ein neuer Aufbau für das Monitoring von Katalysatorsynthesen
durch Ko-Fällungsverfahren mittels simultaner SAXS/WAXS/
Raman-Spektroskopie realisiert und für das Studium der Synthese
gemischter Molybdate von Eisen, Nickel und Bismuth. Dabei gelang
es, den Einfluss der Reihenfolge verschiedener Fällungsschritte auf
die Phasenbildung aufzuklären [2].
Um für die Erschließung interdisziplinärer Forschungsvorhaben
mit homogenkatalytisch orientierten Themengruppen des LIKAT
gerüstet zu sein, setzt der Forschungsbereich gegenwärtig einen
neuen Schwerpunkt bei der Adaption von operando-Methoden
für die Untersuchung von heterogenen Feststoff/Flüssigphasensowie
von homogen-katalytischen Reaktionen auch oberhalb von
Atmosphärendruck. So wurde eine modifizierte Apparatur für
operando-EPR/online-GC-Untersuchungen unter höherem Druck (bis
20 bar, bis 150 °C) entwickelt, mit der im Rahmen von Industrieprojekten
erstmals operando-Untersuchungen zur Wirkungsweise von
Ni-Trägerkatalysatoren während der Dimerisierung von Buten in
flüssiger Phase [3] sowie von Chromkomplexkatalysatoren in der
Tetramerisierung von Ethylen durchgeführt werden [4]. In Kooperation
mit dem Forschungsbereich “Prozessintensivierung und Anorganische
Synthesen“ wurde ein neuartiger ATR-Sensor für das Monitoring von
Flüssigphasenreaktionen im Mikroreaktor adaptiert [5].
Literatur
[1] Sylvana Winkler, „Phasenbildung in MoVNbTe-Mischoxid-Katalysatoren
bei der Kalzinierung - in-situ Untersuchungen mittels XRD und Raman-
Spektroskopie“, Diplomarbeit.
[2] U. Bentrup et al. „Monitoring of Mo-based mixed oxide catalyst precursor
synthesis: A combined simultaneous in situ WAXS/SAXS/Raman and ATR/UV-vis/
Raman spectroscopic study”, Top. Catal., in Vorbereitung
[3] A. Brückner, D. Maschmeyer, H.-W. Zanthoff, “Immediate access to
active sites in nickel butene dimerization catalysts under industrylike conditions
by high-pressure liquid-phase EPR”, EUROPACAT VIII, Turku, Finland, 26. -
31.08.2007
[4] A. Brückner, J. K. Jabor, P. B. Webb, A. McConnel, „Monitoring
structure and valence state of Cr sites during catalyst formation and ethylene
oligomerization by in situ EPR spectroscopy“, J. Catal., eingereicht.
[5] U. Bentrup, N. Steinfeldt, K. Jähnisch, ”Ozonolysis of 1-decene in microand
batch reactor: An in situ ATR-FTIR spectroscopic and reaction kinetic study”,
Top. Catal., in Vorbereitung.
Kooperation mit Dr.
D. Maschmeyer (Oxeno)
sowie P. Webb und A.
McConnell (Sasol)
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