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Samstag, 05 Februar 2022 08:00

Blick auf einzelnes Katalysator-Nanopartikel bei der Arbeit

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Die Röntgenuntersuchung lieferte nicht nur ein komplettes Abbild eines einzelnen Katalysator-Nanopartikels, sondern zeigt auch Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung seiner Oberfläche während des Betriebs. (Bild: Science Communication Lab für DESY) Die Röntgenuntersuchung lieferte nicht nur ein komplettes Abbild eines einzelnen Katalysator-Nanopartikels, sondern zeigt auch Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung seiner Oberfläche während des Betriebs. (Bild: Science Communication Lab für DESY)

Mit intensivem Röntgenlicht hat ein DESY-geführtes Forschungsteam ein einzelnes Katalysator-Nanopartikel bei der Arbeit beobachtet. Die Untersuchung zeigt erstmals, wie ein individuelles Nanopartikel unter Reaktionsbedingungen die chemische Zusammensetzung seiner Oberfläche ändert, wodurch es aktiver wird. Die Untersuchung ist ein wichtiger Schritt zu einem besseren Verständnis realer Katalysatormaterialien.

Trotz ihres breiten Einsatzes, kennen wir aber viele wichtige Details der genauen Funktionsweise verschiedener Katalysatoren noch nicht. Nun wurde eine Technik entwickelt, mit der sich einzelne Nanopartikel markieren und dadurch in der Probe identifizieren lassen. Für die Untersuchung wurden im Labor Nanopartikel aus einer Platin- Rhodium-Legierung auf einem Trägermaterial wachsen gelassen und ein spezielles Partikel markiert. Dieses hat einen Durchmesser von rund 100 Nanometern und ähnelt Partikeln, wie sie im Auto-Katalysator zum Einsatz kommen.

Mit dem Röntgenlicht der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle ESRF in Grenoble (Frankreich) konnte das Team nicht nur ein detailliertes Abbild des Nanopartikels erstellen, sondern auch seine Oberflächenspannung vermessen. Unter Betriebsbedingungen wie z.B. im Autokatalysator wandern Rhodium-Atome aus dem Inneren des Partikels an die Oberfläche, weil Rhodium stärker als Platin mit Sauerstoff wechselwirkt. In der Folge ändern sich die Oberflächenspannung und Form des Partikels. Die chemische Zusammensetzung der Oberfläche, Form und Größe der Partikel haben aber erheblichen Einfluss auf ihre Funktion und Effizienz.

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  • Jahr: 2022
  • Autoren: Heinz Käsinger

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