Bild: FAU/Mathias Grabau, Florian Maier
CHEMIE
Schematische Darstellung der katalytischen Oberfläche eines flüssigen Galliumtropfens versetzt mit geringen Mengen Palladium unter den Bedingungen der katalytischen n-Butan-Dehydrierung.
geträgerten Flüssigkatalyse erstmals auf Metalllegierungen. Dass flüssige Legierungen überhaupt katalytische Aktivität zeigen, wird dabei zum ersten Mal gezeigt. Mehr noch: Die erzielten Ergebnisse stellen bereits mit den ersten getesteten Materialkombinationen langjährig entwickelte technische Katalysatoren in den Schatten. «Besonders interessant ist», so der Reaktionstechniker Peter Wasserscheid, «dass die geträgerten Metalltropfen praktisch keine Deaktivierung durch Kohlenstoffablagerung zeigen. Solche Ablagerungen stellen den wichtigsten Grund für die Katalysatordeaktivierung in der petrochemischen Industrie bei katalytischer Umsetzung unter hohen Temperaturen dar.» Die Forscher konnten diesen technisch hochrelevanten Effekt am Beispiel der Dehydrierung von Butan zu Butadien belegen.
Erfolgsgeheimnis Gallium Eine zentrale Rolle für die neue katalytische Materialklasse nimmt das Element Gallium ein. Elementares Gallium schmilzt bei 30 Grad Celsius und siedet bei 2400 Grad Celsius. Es besitzt die einzigartige Fähigkeit, fast alle Metalle zu lösen. Unter Luftkontakt bildet Gallium ultradünne Oxidschichten aus, die sich aber unter den Bedingungen vieler katalytischer Reaktionen wieder zu elementarem Gallium zurückverwandeln. Bisher haben die FAUForscher ihre Ergebnisse mit gelöstem Palladium in Gallium erzielen können. Nun 11/2017
wollen sie weiter untersuchen, ob sich die aussergewöhnlichen Effekte auch auf Nichtedelmetalle, die in Gallium gelöst sind, und andere chemische Reaktionen übertragen lassen. «Unsere Berechnungen lassen vermuten, dass einzelne Metallatome gelöst in Gallium ganz andere reaktive Eigenschaften aufweisen als das gleiche Metall in kristalliner Form üblicherweise besitzt», sagt Andreas Görling. «Das begründet unsere Faszination für diese neue Klasse katalytischer Materialien: Wir sind überzeugt davon, dass sich mit geträgerten Legierungstropfen hocheffiziente und sehr kostengünstige Katalysatoren entwickeln lassen, die grosses Potenzial für die industrielle Anwendung besitzen», ergänzt Hans-Peter Steinrück.
Der Exzellenzcluster EAM Der Exzellenzcluster EAM untersucht seit 2007 die Erforschung und Entwicklung neuartiger Materialien. Der Cluster, mit rund 200 Mitarbeitern aus neun Disziplinen, wird mit insgesamt rund 73 Millionen Euro bis 2017 gefördert. Der EAM hat durch seine Forschung die Entwicklung von neuen Hochleistungsmaterialien in den Bereichen Katalyse, Leichtbau, Nanoelektronik, Optik und Photonik erheblich vorangetrieben.
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Originalpublikation N. Taccardi, M. Grabau, J. Debuschewitz, M. Distaso, M. Brandl, R. Hock, F. Maier, C. Papp, J. Erhard, C. Neiss, W. Peukert, A. Görling, H.-P. Steinrück & P. Wasserscheid, «Gallium-rich Pd–Ga phases as supported liquid metal catalysts», Nature Chemistry 9, 862–867 (2017); DOI: 10.1038/nchem.2822
Kontakt Prof. Dr. Peter Wasserscheid Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik Egerlandstrasse 3 D-91058 Erlangen Telefon +49 (0)9131 85-27420 peter.wasserscheid@fau.de www.fau.de
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