| Stuttgarter unikurier
Nr. 91 April 2003 |
Auf dem Weg zur Nanochemie:
Wie sieht ein katalytisch aktiver
Platinpartikel aus? |
Platin ist das in der Katalyse am häufigsten eingesetzte Metall. Perfekte Oberflächen eines Einkristalls aus Platin sind gut untersuchte Modellsysteme, sie sind aber nur beschränkt katalytisch aktiv. Eine wesentlich höhere Aktivität wird Unregelmäßigkeiten wie Stufen und Defekten an der Oberfläche zugeschrieben. In der industriellen Praxis bestehen Metallkatalysatoren meist aus fein verteilten Partikeln, die auf einen nicht selbst aktiven Träger, beispielsweise aus Aluminiumoxid, aufgebracht werden. Auf diese Weise wird, bezogen auf die gesamte Menge des eingesetzten Metalls, eine große aktive Oberfläche und damit eine ökonomische Verwendung des kostbaren Materials erreicht.
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Abb. 14: Mit atomarem Wasserstoff bedeckter Platincluster mit ikosaedrischer Struktur in der Pore eines
Zeolithen. |
Die allgemeine und im Regelfall wohl auch richtige Vorstellung von einem Metallkatalysator besteht darin, dass die katalytisch aktiven Cluster keine regelmäßige Form und Größe aufweisen, sondern nur durch eine Verteilung zu charakterisieren sind. Im Widerspruch zu dieser verbreiteten Vorstellung stehen aktuelle Untersuchungsergebnisse am Institut für Physikalische Chemie. Mit Hilfe der Elektronen-Spin-Resonanz (ESR)-Spektroskopie – dem Pendant zur im vorhergehenden Artikel erwähnten NMR-Spektroskopie, das die Gegenwart ungepaarter Elektronen mit einem Elektronenspin voraussetzt – konnte nachgewiesen werden, dass in geeignet präparierten Zeolithen,
einem Trägermaterial aus kristallinem Aluminosilikat mit einer regelmäßigen Porenstruktur im Nanometerbereich, monodisperse paramagnetische Platincluster mit einer wohl definierten Struktur auftreten.
Die Experimente wiesen Cluster mit zwölf äquivalenten Platinatomen nach. Ein solcher Zustand kann mit einer ikosaedrischen Struktur erklärt werden, in der zwölf Atome um ein Zentralatom angeordnet sind (Abb. 14). Zudem wurde gezeigt, dass die Oberfläche der Cluster nach der Behandlung mit Wasserstoff vollständig mit Wasserstoffatomen bedeckt ist, die
durch die Reaktion mit kleinen Molekülen unter milden Bedingungen leicht ausgetauscht werden. Diese Beobachtungen können als experimenteller Ansatz zur Nanochemie an wohldefinierten Clustern gewertet werden.
KONTAKT
Prof. Dr. Emil Roduner,
Tel. 0711/685-4490,
e-mail: e.roduner@ipc.uni-stuttgart.de
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