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So wirken Katalysatoren

An den Oberflächen des Katalysators sitzen winzige Platinpartikel, die oft nur aus wenigen Atomen bestehen. Indem sie bestimmte Moleküle festhalten und mit Sauerstoff in Kontakt bringen, ermöglichen sie Oxidationen - etwa von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid. Grundsätzlich geht das auch ohne Platin. Mit dem Metall finden diese Reaktionen aber bei viel niedrigeren Temperaturen statt.

Forscht seit Jahren an Metalloxid-Oberflächen

"Eigentlich hatten wir gedacht, dass die Reaktionen direkt auf den Platin-Partikeln stattfinden", erklärte Gareth Parkinson in einer Aussendung der TU. Gemeinsam mit Ulrike Diebold vom Institut für angewandte Physik der TU Wien beschäftigt er sich seit Jahren mit dem Verhalten von Metalloxid-Oberflächen. Diebold hat für ihre Arbeit auf diesem Gebiet einen "Advanced Grant" des Europäischen Forschungsrats ERC und den österreichischen "Wittgenstein-Preis" erhalten.

Aufnahmen mit dem Rastertunnelmikroskop zeigen nun eindeutig, dass die Reaktion nicht auf den Platin-Teilchen stattfindet, sondern im Zusammenspiel mit dem Untergrund aus Eisenoxid ablaufen. Von dort, und nicht wie bisher angenommen aus der Umgebungsatmosphäre, kommt auch der Sauerstoff für die Oxidation, wiesen die Forscher nach.

Überschuss an Eisen-Atomen

Die Entnahme des Sauerstoffs aus dem Eisenoxid führt dort zu einem Überschuss an Eisen-Atomen. Überzählige Eisen-Atome wandern tiefer in das Material hinein, an der Oberfläche bleibt eine Lücke. Die Atome an der Kante des Lochs sind nicht mehr so stark an das Material gebunden wie im unversehrten Material. Deshalb kann an solchen Stellen die nächste Reaktion viel leichter stattfinden. Das Platin-Partikel wird dabei ein Stück weitergeschoben und kann dort die nächste Reaktion auslösen. "Wir sehen dann lange Gräben in der Oberfläche, die einzelne Platin-Nanopartikel hinterlassen haben", so Diebold.

Vom tieferen Verständnis der Vorgänge erhoffen sich die Forscher, gezielt bessere Katalysatoren herstellen zu können.

Service: http://dx.doi.org/10.1002/anie.201507368

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