3 Katalytische Performance der Mo/V(/W)-Mischoxide - tuprints

3 Katalytische Performance der Mo/V(/W)-Mischoxide
Die industriell eingesetzten Katalysatoren für die Partialoxidation von Acrolein zu
Acrylsäure zeigen zwar außerordentlich hohe Aktivitäten und Selektivitäten und erreichen
zudem Standzeiten von bis zu zehn Jahren, sind aber in ihrer Zusammensetzung überaus
komplex. So sind genaue Struktur-Wirkungsbeziehungen weitgehend unbekannt. Die
Basis für dieses Katalysatorsystem sind Molybdän-Vanadium-Mischoxide. Bereits die
Anwesenheit zweier Metallkomponenten kann zur Ausbildung vieler verschiedener
Phasen im Festkörper führen, die interagieren und die katalytischen wie auch
strukturellen Eigenschaften modifizieren oder gar grundlegend verändern. Genau in
dieser Variabilität liegen das hohe Potential solcher Systeme, aber auch ihre Komplexität
und die damit verbundenen Schwierigkeiten beim Verständnis und der Optimierung der
katalytischen Prozesse begründet. Die Struktur von Mo/V(/W)-Mischoxiden und die
Suche nach den aktiven Phasen ist Gegenstand vielfältiger Untersuchungen. Daher soll
zunächst ein Überblick über den bisherigen Kenntnisstand zur Struktur und
Funktionsweise der Modellsysteme auf Basis von Molybdän, Vanadium und Wolfram
gegeben werden. Anschließend werden transiente Methoden zur Erforschung heterogener
Katalysatoren eingeführt, bevor dann die Experimente und Ergebnisse der eigenen
transienten Untersuchungen zur katalytischen Performance und zur Rolle von Wolfram in
den Mischoxiden vorgestellt werden.
3.1 Aktive Strukturen der Mischoxide
3.1.1 Charakterisierung des Bulks
Die beständigste Oxidationsstufe des Molybdäns ist +6. Das Trioxid α-MoO3 bildet eine
Schichtstruktur verzerrter MoO6-Oktaeder, die über Ecken und Kanten verknüpft
sind.[Hol1995] Die β-Phase kristallisiert dagegen in einer ReO3-Struktur aus
dreidimensional eckenverknüpften MoO6-Oktaedern. Auch die Struktur des MoO2 ist aus
ecken- und kantenverknüpften Oktaedern aufgebaut. Vanadium liegt bevorzugt in den
Oxidationsstufen +4 bzw. +5 vor. In V2O5 werden Schichten aus ecken- und
kantenverknüpften quadratisch-pyramidalen VO5-Gruppen aufgebaut, die axial über lange