Katalyse mit geträgerten, größenselektierten Pt Clustern

Deine Arbeit beschäftigt sich mit der heterogenen Katalyse, also der Beschleunigung von Reaktionen zwischen in unterschiedlichen Phasen vorliegenden Stoffen, bspw. einem Gas und einem Feststoff. Welche Rolle hat dabei Platin gespielt?

Geträgerte Platinpartikel, d. h. fein verteilte Platinpartikel auf Oberflächen, sind ein Paradebeispiel für einen heterogenen Katalysator, der vielseitige Anwendungen in der industriellen Katalyse findet, wie in einem Teilschritt des Ostwald-Verfahrens zur Herstellung von Salpetersäure oder im Andrussow-Verfahren zur Herstellung von Cyanwasserstoff in Kombination mit Rhodium. Aber auch im alltäglichen Leben gibt es Anwendungsfälle: zum Beispiel bei der Abgasreinigung für Kraftfahrzeuge mit einem Drei-Wege-Katalysator.
Im Bereich der ‚Surface Science‘ sind vor allem Platineinkristalle seit vielen Jahrzehnten erforscht und bieten daher gute Möglichkeiten, um die Aktivität geträgerter Platinteilchen zu vergleichen und zu überprüfen, ob trotz Reduktion im Materialeinsatz, also der Verringerung der Platinmenge im Vergleich zur Platinoberfläche, eine ähnliche oder sogar bessere Reaktivität erreicht werden kann.

Worin unterscheidet sich ein Ultrahochvakuum von einem ‚normalen‘ Vakuum und inwieweit war das für deine Forschung ausschlaggebend?

Als Ultrahochvakuum oder UHV werden Druckbedingungen im Bereich von 10^-7 bis 10^-12 Millibar bezeichnet. Die Anzahl der Teilchen reduziert sich hierbei von den bei Normaldruck vorhandenen 30 Trillionen Teilchen pro Kubikzentimeter auf einen Wert von ungefähr einer Milliarde bis zehntausend Teilchen pro Kubikzentimeter. Diese verringerte Teilchenanzahl erhöht die sogenannte mittlere freie Weglänge, also jene Distanz, die ein Teilchen zurücklegen kann, bis es zum Stoß mit einem weiteren Teilchen kommt. Die mittlere freie Weglänge liegt im UHV in einem Bereich, der es ermöglicht, sensitive, oberflächenanalytische Techniken zu benutzen, die auf der Verwendung von Elektronen, Photonen oder Molekularstrahlen basieren. Das UHV ist somit eine Grundvoraussetzung, um die Forschung über kleinste Katalysatormengen überhaupt durchführen zu können. Im Kontrast dazu stehen meine weiteren Experimente, mit denen ich die Reaktivität der Katalysatoren unter Normaldruck untersucht habe.

Welchen Ausblick haben dir deine zahlreichen Experimente verschafft und wie blickst du mit deinem heutigen Wissen auf diese zurück?

Meine Arbeit konnte neben den bekannten Reaktionen für Platin aufzeigen, dass sowohl Größe als auch die Reaktionsbedingungen einen massiven Einfluss auf die katalytische Reaktivität der Platinkatalysatorteilchen haben. So kann durch geschicktes Design die Stabilität der Platinpartikel auf einer Oberfläche derart gefestigt werden, um sie für Anwendungen bei erhöhten Temperaturen nutzbar zu machen.
Durch die Unterstützung von Forscher*innen aus Deutschland, Dänemark, Österreich, Frankreich und Schweden konnte ich zahlreiche Kooperationen erfolgreich umsetzen, deren Ergebnisse auch in meiner Arbeit zu finden sind. Rückblickend sind die insbesondere im Rahmen der Kooperationen entstandenen Ergebnisse ein kleiner Beitrag zur Lösung von fundamentalen Fragestellungen in der aktuellen Katalyseforschung.