Oberflächendefekte auf Metalloxidnanopartikeln

Forschungsprojekt P 14731Oberflächendefekte auf MetalloxidnanopartikelnErich KNÖZINGER09.10.2000 Der in der Erdkruste in ungeheuren Mengen verfügbare und vergleichsweise leicht zugägnliche Rohstoff Methan (CH4) wird nach wie vor überwiegend als Energiequelle genutzt. Eine Ausbeutung als Ausgangsstoff für hochwertige Veredelungsprodukte z.B. C2-Kohlenwasserstoffe wie Ethylen scheiterte bis jetzt an der mangelnden Wirtschaftlichkeit der entsprechenden technologischen Verfahren (oxidative Kopplung von Methan, OCM), die auf ausreichend aktive und selektive Katalysatoren für eine partielle Osidation von Methan angewiesen sind. Die in der Vergangenheit eingesetzten Metalloxide - in reiner Form und als Mischungen - waren nicht in der Lage, Wirtschaftlichkeit zu garantieren. In führenden Vorhaben wurden in der Arbeitsgruppe des Antragstellers mit Hilfe der chemischen Gasphasen- Deposition (CVD) reine und oberflächendotierte Nanopartikel aus MgO erzeugt, die die folgenden Ocm relevanten Eigenschaften aufweisen: - im erforderlichen Temperaturbereich (650-850C) thermische Stabilität - eine um mindestens eine Größenordnung erhöhte Oberflächenkonzentration an niedrig koordinierten Zentren un Fehlstellen - eine erheblich eVariationsbreite der oberflächenchemie (z.B. Basizität) Parallel zu diesen präparativen Arbeiten wurde eine erfolgreiche Strategie zur Charakterisierung aller die Raktivität ausmachenden Oberflächendefekte mit Hilfe der UV/VIS-, der IR- und der ESR-Spektroskopie entwickelt. Im vorliegenden Projekt soll in systematischer Weise die Wechselwirktung zwischen den OCM-Edukten (CH4, O2) und den Oberflächendefekten auf den Oxid-Nanopartikeln über die oben genannten spektroskopischen Methoden erfaßt mit Aktivitäts- und Selektivitätsdaten bezüglich der OCM-Reatkon korreliert werden. Bei diesen Untersuchnungen spielen zwei Aspekte eine ganz entscheidende Rolle, die mit unserer detaillierten Kenntnis der Eigenschaften aller möglicherweise OCM relevanten Oberflächenzentren im Zusammenhang stehen Zum einen werden einzelne Oberflächenzentren gezielt physikalisch (wellenlängen-selektive UV-Anregung) und/oder chemisch verändert, um dann die Auswirkung auf die Aktivität und die Selektivität zu erfassen. Zum anderen soll die Einbeziehung der UV-Anregung in den heterogen-katalytischen Prozeß die Reaktonstemperatur senken. - Das eigentliche Ziel des Projektes ist ein besseres Verständnis der einzelnen Teilschritte der oxidativen Kopplungsreaktionen, das natürlich auch einer Optimierung der Katalysatoren und der Reaktonsbedingungen zugute kommen sollte.