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Komplizierte Katalyse unter dem Mikroskop

An der TU Wien gelingt es mit Mikroskopie-Methoden, chemische Reaktionen auf Katalysatoren viel genauer und detailreicher zu beobachten als bisher. Katalysatoren aus winzigen Metallpartikeln spielen in der Technik eine äußerst wichtige Rolle – von der Brennstoffzelle bis zur Herstellung von synthetischen Treibstoffen als Energiespeicher. Das Verhalten von Katalysatoren hängt aber von vielen Details ab, deren Zusammenspiel schwer zu verstehen ist.

Die Ursachen dafür will man an der TU Wien ergründen, indem man die auf den Katalysatoren ablaufenden Reaktionen mit verschiedenen Mikroskopie-Techniken Punkt für Punkt abbildet. Dabei zeigte sich nun: selbst verhältnismäßig „einfache" Katalyse-Systeme sind komplexer als bisher gedacht. So erkannte man etwa, dass es nicht nur auf die Größe der verwendeten Metallpartikel und die chemische Natur des Trägermaterials ankommt, sogar innerhalb einzelner Partikel können sich ganz unterschiedliche Bedingungen auf der Mikrometer-Skala einstellen. Im Zusammenspiel mit Computermodellierung konnte nun das Verhalten unterschiedlicher Katalysatoren erklärt und korrekt vorhergesagt werden.

„Wir untersuchen die Verbrennung des zukünftigen Energieträgers Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser, wobei wir Rhodium-Partikel als Katalysatoren einsetzen", sagt Prof. Günther Rupprechter vom Institut für Materialchemie der TU Wien. „Der Katalysator aus Rhodium-Partikeln verhält sich aber nicht als einheitliches Objekt, das man mit einigen wenigen Parametern beschreiben kann, wie man das bisher oft versucht hat", erklärt Rupprechter. Die chemische Analyse auf mikroskopischer Skala zeigte, dass die Katalysatorzusammensetzung lokal noch mehr variieren kann als bisher gedacht: selbst innerhalb der Metallpartikel gibt es starke Unterschiede. Dadurch ändert sich auch die chemische Aktivität.
 

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