Die Arbeitsgruppe „Nanostrukturierte Modellkatalyse“ von Simon Penner und Bernhard Klötzer am Institut für Physikalische Chemie hat sich in den vergangenen Jahren eine herausragende Expertise im grundlegenden Verständnis der Katalyse erarbeitet. Dabei spielt vor allem ihr methodischer Zugang, bei dem sie Katalysatoren während des laufenden Katalyse-Prozesses („in-situ“) untersuchen, eine große Rolle. Seit 2018 sind Penner und Klötzer auch Teil eines bilateralen Impulsprogramms mit der iranischen Universität Tabriz. „Die Zusammenarbeit mit den Kolleg*innen aus dem Iran ist enorm gewinnbringend für beide Seiten, da unser Grundlagenforschungs-orientierter Zugang um das sehr anwendungsorientierte Wissen der iranischen Kolleg*innen ergänzt wird. Unsere Expertise besteht im grundlegenden Verständnis der Katalyse; die iranischen Kolleg*innen haben einen starken Fokus auf die konkrete Anwendung vor allem bei der sogenannten DeNOx-Katalyse, dem Abbau von Stickoxiden und Kohlenmonoxid in Autoabgasen“, erklärt Simon Penner.
Erstes Highlight
Ihre jüngste Publikation im renommierten Fachjournal Applied Catalysis B ist ein erstes Highlight und Ergebnis dieser Zusammenarbeit. Den Innsbrucker Chemiker*innen ist es in Zusammenarbeit mit dem iranischen Gastforscher Asghar Mohammadi gelungen, den Palladium-Anteil in einem DeNOx-Katalysator stark zu minimieren und durch Perowskite – eine relativ häufig vorkommende, katalytisch aktive Form von Oxidmineralien – zu ersetzen. Gleichzeitig konnten sie klar zeigen, dass vor allem die Grenzfläche zwischen Palladium und Perowskiten die aktiven Zentren der Katalyse bereitstellt. „In der DeNOx-Katalyse sind Edelmetalle wie Palladium oder Rhodium bisher Mittel der Wahl. Wesentliche Nachteile des Einsatzes dieser Edelmetalle sind allerdings ihr seltenes Vorkommen und damit ihr Preis“, verdeutlicht Simon Penner. „Das Ziel der Forschung ist deshalb, diese Edelmetalle im Katalysator durch kostengünstigere Materialien zu ersetzen.“
Aktive Grenzfläche
In ihrer nun publizierten Arbeit ist des den Chemiker*innen gelungen, den Palladium-Anteil im Modell eines DeNOx-Katalysators extrem zu minimieren. „Wir haben mit verschiedenen Ansätzen versucht, zuerst reine Perowskit-Katalysatoren mit klassischen Palladium-Katalysatoren zu vergleichen. In der Folge haben wir unterschiedlich synthetisierte Katalysatoren mit reduziertem Pd-Anteil getestet, in denen Palladium auf verschiedene Art und Weise mit den Perowskiten verbunden ist“, erklärt Simon Penner. Die Wissenschaftler*innen haben beispielsweise Palladium auf Zwischengitterplätzen in die in die Perowskit-Struktur integriert oder haben versucht, gezielt die Oberfläche der Perowskite mit Palladium anzureichern. „Diese Tests haben gezeigt, dass sich alle Katalysatoren unterschiedlich verhalten, was im Wesentlich an der jeweiligen spezifischen Reaktivität und den Dimensionen der Grenzfläche zwischen Perowskiten und Palladium liegt“, erklärt der Chemiker Simon Penner. „Im Zuge dieser Tests ist uns schließlich gelungen, ein System zu finden, bei dem ein Katalysator mit einer stark reduzierten Menge an Palladium gleich aktiv ist, wie ein konventioneller Palladium-Referenz-Katalysator.“
Weitere Publikationen im Rahmen dieser Kooperation zwischen der Uni Innsbruck und der Universität Tabriz erarbeiteten Forschungsergebnisse sind derzeit in Planung.
Links:
- Publikation: Tailoring the metal-perovskite interface for promotional steering of the catalytic NO reduction by CO in the presence of H2O on Pd-lanthanum iron manganite composites, Applied Catalysis B: Environmental, February 2022
- AG Nanostrukturierte Modellkatalyse
- Catalyst and Reactor Research Laboratory, University of Tabriz