Jahresbericht 2007 - Leibniz-Institut für Katalyse

Katalysatorsynthesen Katalysatorsynthesen
Themenleiter:
Dr. Daniel Herein
Tel.: (030) 6392 - 4337
Fax: (030) 6392 - 4454
daniel.herein@catalysis.de
Katalysatorsynthesen
Strategische Ausrichtung
Die Themengruppe Katalysatorsynthesen beschäftigt sich mit der
wissensbasierten Neu- und Weiterentwicklung von Anorganischen
Materialien und Katalysatoren. Die strategische Ausrichtung der
Themengruppe Katalysatorsynthesen zielt auf das generelle Erfassen,
Verständnis und der Kontrolle von Synthese- und Prozessparametern.
Erst unter Berücksichtigung dieser Größen gelingt tatsächlich eine
sogenannte Maßschneiderung von Materialien und das gezielte
Design von Materialeigenschaften.
Die strategische Ausrichtung der Themengruppe spiegelt sich daher in
folgenden technologisch dominierten Projektschwerpunkten wieder:
• Computerbasierte Erfassung und Regelung von
Syntheseparametern
• Erfassung und Kontrolle von Mischungs- und
Diffusionsprozessen mit Hilfe von μ-Mischern
• Erfassung und Kontrolle der Reaktionskinetik
von Anorganischen Synthesen
• Erfassung und Kontrolle von dimensionsunabhängigen
Synthese- und Prozessparametern zum Down- und
Up-Scaling von Anorganischen Synthesen
Die einzelnen technologisch dominierten Projektschwerpunkte sind
mit der Synthese von ausgewählten Materialien und Katalysatoren
gekoppelt und untersetzt.
Anorganische Materialien und Katalysatoren
Entwicklung einer Systematik zur Beschreibung von skalierbaren
Syntheseprozessparametern von Nano-Funktionsmaterialien
Materialsynthesen sind bis heute vom Labor- in den
Industriemaßstab nur unter enormen Kosten- und Zeitaufwand
übertragbar. Daher zielte dieses Projekt auf die Entwicklung einer
Systematik, mit der alle relevanten Syntheseprozessparameter
in dimensionslosen Synthesekennzahlen beschreiben werden
können. Mit Hilfe dieser Kennzahlen sollte es dann möglich
sein Synthesen reaktionstechnisch maßstabsübergreifend zu
beschreiben. Aufgezeigt wurde die Entwicklung dieser Systematik in
Kooperation mit der TU Berlin (Prof. Schomäcker) am Beispiel der
Synthesen von Aluminiumoxidträgermaterialien in unterschiedlichen
Ansatzgrößen. Durch gezielte Variation und Erfassung von
Syntheseprozessparametern, wie der Mischgüte, der eingetragenen
Mischenergie in Abhängigkeit der Syntheseansatzgröße, gelang es
gezielt die Eigenschaften dieser Materialien einzustellen. Aus diesen
Daten lassen sich nun gezielt Synthesekennzahlen extrahieren mit
denen nun unabhängig von der Synthesedimension gezielt die
gewünschten Materialeigenschaften eingestellt und reproduziert
werden können.
Nano-Edelmetalle und geträgerte Edelmetallkatalysatoren
Ziel dieses Projekts ist die Bestimmung der Bildungskinetiken
von Nanoedelmetallen in Lösungen mit Hilfe spektroskopischer
Methoden. Die Synthesen erfolgen sowohl im Batchreaktor wie
auch mit Hilfe von μ-Mischern, wodurch es gelingt mischungs- und
diffusionskontrollierte Reaktionsschritte zu trennen. Die Kenntnis der
Reaktionskinetik ermöglicht die Vorhersage und genaue Einstellung
der gewünschten Nanopartikelgröße und Form. Eine Übertragung
dieser Kenntnis auf geträgerte Edelmetallkatalysatoren erlaubt
die Synthese von eingestellten Eigenschaften und monomodalen
Edelmetallpartikelgrößen.
Edelmetallhaltige Hydrotalcite
Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Synthese von geträgerten
Edelmetallkatalysatoren bei der die Edelmetalle in einem ersten Schritt
nicht auf die Oberfläche des Trägers aufgebracht werden, sondern
vielmehr in einem Prekursor bestehend aus Trägerelementen und
Edelmetallelementen im Volumen synthetisiert werden. Durch einen
definierten Zersetzungsschritt werden in situ Edelmetallpartikel und
Trägermaterial generiert. Für die Synthesen der Prekursoren ist der
Einsatz von μ-Mischern und Computer gesteuerten Syntheseanlagen
unabdingbar.
WMoVNb-haltige Mischoxide zur Alkanaktivierung
In diesem Projekt werden WMoVNb-haltige Mischoxide mit
Mo O und Cs (WNb) O Strukturen gezielt synthetisiert und in
5 14 x 5 14
der Alkanaktivierung von Ethan, Propan und Isobutan katalytisch
getestet. Durch gezieltes Design der Elementzusammensetzungen
in ein und demselben Strukturtyp können mit Hilfe der katalytischen
Testergebnisse neue Einblicke in Struktur-Eigenschaftsbeziehungen
gewonnen werden und somit gezielte Eigenschaften dieser
Katalysatoren eingestellt werden.
Publikationen:
U. Dingerdissen, A. Martin,
D. Herein, H.J. Wernicke:
The Development of
Industrial Heterogeneous
Catalysis, In: Handbook of
Heterogeneous Catalysis
2007, accepted
D. Herein: X-ray Powder
Diffraction, In: Handbook
of Heterogeneous Catalysis
2007, accepted
70 71