Gewisse Einzigartigkeit führt zur Optimierung katalytischer Eigenschaften
Edelmetalle werden häufig als heterogene Katalysatoren verwendet, da sie sich bei vielen Reaktionen von wissenschaftlichem und industriellem Interesse durch hohe Aktivität und Selektivität auszeichnen. Schon seit mindestens einem Jahrhundert ist bekannt, dass einige leichte Legierungselemente mit kleinen Atomradien problemlos in die Zwischenräume des Metallgitters eindringen können. Eine im Chinese Journal of Catalysis publizierte Untersuchung.
Labor – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify
Die katalytische Leistung von Edelmetallen reagiert in einigen Fällen auch sehr empfindlich auf eine geringe Menge leichter Elemente (z. B. H, C und B). Diese Katalysatoren weisen im Vergleich zu herkömmlichen Katalysatoren aus Metall-Metall-Legierungen eine gewisse Einzigartigkeit auf, die zu neuen Effekten bei der geometrischen und elektronischen Modifizierung von Edelmetallen zur Optimierung der katalytischen Eigenschaften führt.
Im Vergleich zur Modifizierung von Edelmetallkatalysatoren mit Übergangsmetallen wurde der Legierung von Edelmetallkatalysatoren mit Atomen leichter Elemente in früheren Studien relativ wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Ein wesentliches Hindernis bei der umfassenden Untersuchung von Edelmetallkatalysatoren, in die leichte Elemente implantiert wurden, ist die Schwierigkeit, leichte Legierungselemente aufgrund ihrer geringen atomaren Größe, ihrer niedrigen Konzentration und ihrer ungleichmäßigen Verteilung genau zu kontrollieren und direkt zu beobachten – was die Möglichkeit einschränkt, direkte Struktur-Aktivitäts-Beziehungen herzustellen. In den letzten zwanzig Jahren wurden beträchtliche Fortschritte bei der rationellen Gestaltung von leichten Atomen in Edelmetallen zur Modulation der katalytischen Aktivität erzielt. Die rasche Entwicklung fortschrittlicher Charakterisierungsmethoden bietet leistungsstarke Werkzeuge für die direkte Beobachtung der Positionen der leichten Atome und ein tiefes Verständnis ihrer strukturellen Veränderungen gegenüber den Grundmetallen. Darüber hinaus ermöglicht die große Entwicklung der computergestützten Chemie die rasche Identifizierung neuartiger Katalysatoren und die Aufdeckung der Rolle der interstitiellen leichten Elemente bei der Förderung der katalytischen Fähigkeiten.
Kürzlich hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Xiaoxin Zou von der Universität Jilin, China, einen allgemeinen Überblick über die jüngsten Fortschritte bei der Modifizierung von Edelmetallen mit leichten Legierungselementen für verschiedene katalytische Reaktionen und insbesondere für energiebezogene Anwendungen vorgelegt. Die Art, der Ort, die Konzentration und der Ordnungsgrad der leichten Atome als wichtige Faktoren in Katalysatoren auf Edelmetallbasis werden zusammengefasst, wobei der Schwerpunkt darauf liegt, wie sie rationell gesteuert werden können, um Aktivität und Selektivität zu fördern. Die synthetischen Strategien, die entwickelt wurden, um leichte Elemente einzubeziehen, sowie die theoretischen und experimentellen Methoden zum Verständnis der Legierungseffekte werden hervorgehoben. Das vielfältige Angebot an leichten Legierungselementen (einschließlich H, B, C, N und andere) in verschiedenen Edelmetallen wird ebenfalls zusammengefasst. Aktuelle Herausforderungen und Zukunftsperspektiven für die Entwicklung hocheffizienter Katalysatoren auf Edelmetallbasis, die mit leichten Elementen modifiziert sind, werden ebenfalls diskutiert.
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