1 Motivation
Die überkritische Reaktivabscheidung (SFRD) ist eine neuartige Methode zur Erzeugung von submikronen Partikeln und wird hier angewandt, um geträgerte mono- und bimetallische Katalysatoren herzustellen. Bei diesem Verfahren wird bei erhöhtem Druck (z. B. 15 MPa) der metallorganische Komplex in sc-CO2 gelöst und anschließend durch die Zugabe von Wasserstoff isobar reduziert. Durch die anschließende Entspannung auf Umgebungsdruck werden die bei der Reduktion entstehenden gasförmigen Nebenprodukte zusammen mit dem CO2 aus dem Reaktor entfernt und vom mit Metallpartikel beladenen Träger abgetrennt. Somit entstehen, im Gegensatz zu den häufig zum Aufbringen von Metallen auf Trägern verwendeten nasschemischen Verfahren (wie z.B. Imprägnierung, Ionenaustausch, Sol/Gel-Prozesse oder Galvanik), beim SFRD-Verfahren keine ökologisch bedenklichen Abwässer. Weiterhin entfallen die notwendige, energieintensive Trocknung und Reduktion des Produktes und die Entsorgung der flüssigen, salzbelasteten Abfälle.
2 Ziele und Arbeiten
Ein Ziel dieses Vorhabens ist es, das Wissen über die überkritische Reaktivabscheidung (SFRD) von Nanopartikeln zu vertiefen, zu erweitern und in einer technisch relevanten Fragestellung, nämlich der Herstellung von geträgerten, feinverteilten mono- und bimetallischen Katalysatoren anzuwenden.
Hierzu sollen, aufbauend auf den Untersuchungen zum Phasenverhalten und der Löslichkeit der metallorganischen Komplex in sc-CO2 sowie zur Beladungskinetik bzw. Adsorption der Komplexe auf den Trägern, systematisch der Einfluss der Prozessparameter Temperatur, Druck, Metallkomplexkonzentration in sc-CO2 und Art der Liganden auf die Größe und Morphologie der abgeschiedenen Partikeln untersucht werden.
Neben der Abscheidung von reinen Metallpartikeln soll auch die Reaktivabscheidung von Metallmischungen untersucht werden. Dazu sollen zunächst die beiden unterschiedlichen Metallkomplexe getrennt in sc-CO2 gelöst und anschließend bei den gewünschten Prozessbedingungen mit H2 reduziert werden.
Die chemische Zusammensetzung und die elektronischen Eigenschaften können durch energiedispersive Röntgenanalyse (EDXS) und Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) analysiert werden. Anschließend werden die Partikelgrößen und Größenverteilungen mit Hilfe der Software ImageJ visuell bestimmt. Die Gesamtmenge an Metall wird unmittelbar nach der Abscheidung grob gravimetrisch bestimmt. Die genaue Beladung mit den jeweiligen Metallen kann dann durch quantitative Röntgenfluoreszenz-Spektroskopie bestimmt werden.
In reaktionstechnischen Experimenten im Arbeitskreis Kraushaar werden Aktivität, Selektivität und Vergiftungsresistenz der Katalysatoren ermittelt und die Makrokinetik bei Realbedingungen erfasst.
Siehe auch: http://www.cvt.kit.edu/english/
Literatur
[1] G. Incera Garrido, F. C. Patcas, G. Upper, M. Türk, S. Yilmaz, B. Kraushaar-Czarnetzki: Supercritical deposition of Pt on SnO2-coated Al2O3 foams: Phase behaviour and catalytic performance, Applied Catalysis A: General 338 (2008) 58–65
[2] M. Türk, M. Crone, G. Upper: Effect of gas pressure on the phase behaviour of organometallic compounds, (2011) accepted for publication in: Journal of Supercritical Fluids, DOI 10.1016/j.supflu.2011.05.016
