SFB 1441: Verfolgung der aktiven Zentren in heterogenen Katalysatoren für die Emissionskontrolle (TrackAct)
Coordinator
Professor Dr. Jan-Dierk Grunwaldt
Grant period
2021 -
Funding body
Deutsche Forschungsgemeinschaft
DFG
Identifier
G:(GEPRIS)426888090
Note: Ziel des SFB 1441 ist die Identifizierung und Verfolgung der Struktur des aktiven Zentrums in Edel-metall-basierten Katalysatoren, die Nutzung der strukturellen Dynamik und deren Vorhersage. Die-ses Wissen ist der Schlüssel zu einer besseren Kontrolle sowie einer höheren Leistung und Lebensdauer der Katalysatoren. Solche Materialien, die auf geträgerten Edelmetalleinzelatomen, clustern und -partikeln basieren, spielen eine zentrale Rolle in zahlreichen Anwendungen der heterogenen Katalyse wie bei der Emissionskontrolle, der Wasserstofferzeugung und der Feinchemie. Mehr als 60% der jährlich gewonnenen Edelmetalle werden in diesen Bereichen eingesetzt. Während ihre katalytischen Eigenschaften stark von der atomaren Struktur abhängen, treten innerhalb des Reaktors kooperative und orts-/zeitabhängige Effekte auf. Darüber hinaus stellen strukturelle Veränderungen unter Prozessbedingungen und die ausgeprägte Heterogenität der Katalysatoren eine große Herausforderung für das wissensbasierte Design dar. Neue Perspektiven, z.B. bei der Herstellung definierter Metallcluster/Partikel, deren Charakterisierung sowie der theoretischen Beschreibung und Simulation, haben sich ergeben, die es erlauben, die aktiven Zentren in katalytischen Systemen zu verfolgen und grundlegend zu verstehen. Dies ist der Hauptschwerpunkt dieses interdisziplinären Sonderforschungsbereichs mit mehr als 20 Gruppen in Karlsruhe und Partnerinstitutionen in Hamburg und München. Der SFB 1441 zielt auf ein ganzheitliches Verständnis der katalytischen Prozesse durch Verknüpfung der verschiedenen Längenskalen und Komplexitätsniveaus. Unser skalenübergreifende Ansatz verbindet drei Bereiche: (A) größenselektierte Cluster und definierte Nanopartikel, (B) poröse Katalysatoren mit Edelmetallpartikeln definierter Größe auf Trägeroxiden mit durch Promoter modifizierten und orientierten Oberflächen und (C) hierarchisch strukturierte Katalysatoren auf Reaktorebene. Wichtige Facetten sind der Einsatz neuartiger Präparationsmethoden auf allen hierarchischen Ebenen, die Verfolgung der Struktur der Edelmetallspezies und die Multiskalenmodellierung von molekularen Prozessen bis zum katalytischen Reaktor. Diese ganzheitliche Strategie wird für die katalytische Emissionskontrolle für saubere Luft eingesetzt, fördert aber zugleich die Entwicklung grundlegender Konzepte im Allgemeinen für heterogen katalysierte Reaktionen. Mit der neu geschaffenen Infrastruktur sowie den Ergebnissen aus der ersten Förderperiode, die die Identifizierung und Verfolgung der aktiven Zentren auf den verschiedenen Komplexitätsebenen ermöglicht haben, wollen wir diese erweitern und das Wissen für ein zukunftsweisendes Katalysatordesign nutzen, um die Struktur der aktiven Zentren so zu manipulieren, dass wir die atomare Effizienz der Edelmetalle erhöhen können. Das langfristige Ziel ist es, prädiktive Werkzeuge einzusetzen, um die Struktur der aktiven Zentren bzw. die Leistungsfähigkeit des katalytischen Reaktors zu kontrollieren.
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