Heterogene Katalyse: DFG genehmigt zwei Verbundprojekte mit Beteiligung der Uni Bremen

08.01.2010: Zwei Verbundprojekte, die kürzlich von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) genehmigt wurden und an denen die Physikalische Chemie der Universität Bremen beteiligt ist, beschäftigen sich mit neuen katalytischen Materialien und der Aufklärung des Ursprungs ihrer katalytischen Aktivität.

Trotz ihres stattlichen Alters - erste Konzepte und industrielle Anwendungen stammen bereits aus dem 19. Jahrhundert - ist die heterogene Katalyse kein alter Hut. Ganz im Gegenteil: Sie ist eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Denn effiziente Katalysatoren sind der Dreh- und Angelpunkt für die gezielte und kostengünstige Herstellung von Chemikalien und Pharmaprodukten. Auch in Zukunftsbereichen wie Energiegewinnung und -speicherung (Stichwort Brennstoffzelle) oder Umweltschutz (Stichwort Abgaskatalyse) spielen sie eine zentrale Rolle.

An dem Projekt "Von Pr2O3 zu PrO2 - Interdisziplinäre Studie zum Einfluss von Volumen- und Oberflächendefekten auf Materialeigenschaften geordneter Praseodymoxid-Schichten" mit einem Gesamtfinanzvolumen von 720.000 Euro für drei Jahre wirken neben dem Bremer Institut für Angewandte und Physikalische Chemie (IAPC) auch zwei Physik-Arbeitsgruppen der Universität Osnabrück und das Leibniz-Institut für Innovative Mikroelektronik in Frankfurt/Oder mit. Es geht es um Praseodymoxid, einem Seltenerdoxid, das kürzlich im Zusammenhang mit Anwendungen in der Mikroelektronik von sich reden machte. Ziel des Verbundes ist es, katalytisches und mikroelektronisches Know-how zu verknüpfen, um die Leistungsfähigkeit von oxidischen Materialien mit Dimensionen im Nanometerbereich zu studieren. Diese Kombination ist auf den ersten Blick ungewöhnlich und betritt in der Tat neuen Grund. Die Leistungsfähigkeit von Hochleistungsoxiden in den bedeutenden Technologien Mikroelektronik und Katalyse wird oft durch sehr ähnliche Phänomene bestimmt bzw. limitiert. Durch eine interdisziplinäre Verknüpfung von Expertisen aus Chemie, Oberflächenphysik und Dünnschichttechnologie sollen fundamentale Fragen bezüglich der Struktur, Ordnung und Dynamik von Volumen- und Oberflächendefekten in komplexen Oxidsystemen, wie Praseodymoxid, geklärt werden. Praseodymoxid stellt dabei als Material eine ideale Brücke dar, da es sowohl in der Katalyse (Redoxkatalysatoren) als auch in der Mikroelektronik ("engineered Si wafer") von Bedeutung ist.

Der zweite Verbund mit dem Titel "Trägerkatalysatoren auf Basis kolloidal hergestellter Metallnanopartikel: Reaktionskontrolle durch Strukturkontrolle" beschäftigt sich mit Nanopartikeln und ihrem Potenzial für die Katalyse. Heterogene Katalysatoren gehören zu den ältesten industriell genutzten Nanomaterialien, da die katalytisch aktiven Komponenten häufig in fein verteilter Form auf geeigneten Trägern eingesetzt werden, so dass die Aggregate im Nanometerbereich liegen. Bis heute werden heterogene Katalysatoren allerdings überwiegend per "trial and error" entwickelt. Dies liegt daran, dass es mit Hilfe der traditionellen Herstellungsmethoden sehr schwierig ist, auf der Nanometerskala Strukturen gezielt herzustellen. Mittlerweile haben sich - getrieben durch die rasante Entwicklung in den Materialwissenschaften und der Nanotechnologie - völlig neue Perspektiven ergeben, Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften bis in den Nanometerbereich hinein herzustellen. Dieses Potenzial ist für die Katalyse jedoch noch weitgehend ungenutzt. Hier setzt das gemeinsame Projekt des IAPC und der Oldenburger Arbeitsgruppen Physikalische Chemie und Energie- und Halbleiterforschung an. Die Vision sind hocheffiziente Katalysatoren, die sich gezielt an die jeweilige Problemstellung anpassen lassen. Das Projekt mit einer dreijährigen Laufzeit wird mit 570.000 Euro durch die DFG gefördert.