Katalyse

Beschleunigung chemischer Reaktionen

Als Katalyse bezeichnet man die Fähigkeit bestimmter Stoffe, sogenannter Katalysatoren, die Kinetik einer chemischen Reaktion gezielt zu beeinflussen. Dabei setzen Katalysatoren die Aktivierungsenergie der jeweiligen chemischen Reaktion herab, ohne selber verbraucht zu werden. Katalytischen Prozesse laufen an der äußersten atomaren Lage eines Katalysators ab. Daher ist es nicht verwunderlich, dass quantitative, oberflächenanalytische Methoden wie die niederenergetische Ionenstreung (LEIS) oder röntgenstrahlinduzierte Photoelektronensepktroskopie (XPS, ESCA) sowohl bei der Weiterentwicklung als auch bei der Suche nach Ausfallursachen von Katalysatoren zum Einsatz kommen.

Katalyse

Regeneration eines Katalysators untersucht mittels LEIS

Eine der größten Herausforderungen im Betrieb von Katalysatoren, ist die Aufklärung von Deaktivierungsphänomenen. Das vorliegende Beispiel zeigt, wie die Aktivität eines 3-Wege-Katalysators durch "Kaltstart"-Bedingungen negativ beeinflusst wird. Der Katalysator besteht aus Platin und Rhodium auf einer Oxid-Unterlage.

Das LEIS-Spektrum der Oberfläche eines neuen Katalysators ("fresh") zeigt einen deutlichen Platin-Oberflächenpeak. Wird der Katalysator unter Kaltstart-Bedingungen eingesetzt ("used"), ist dieser Peak nicht mehr sichtbar, da die Platin-Oberfläche mit Ruß bedeckt wird. Das Platin steht daher für eine katalytische Reaktion nicht mehr zur Verfügung. Der Ruß kann durch einen Regenerationsschritt entfernt werden. Dies führt zu einer Freilegung der Platinoberfläche ("regenerated") und die katalytische Aktivität ist wiederhergestellt.

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