Loading...
Platin-Nanopartikel "graben" sich in Zeolith-Träger ein und erzeugen dabei neue Poren
01.03.2004
Abgas-Katalysatoren von Autos bestehen aus winzigen Platin-Partikeln, die auf
einem porösen keramischen Träger aufgebracht sind. Bei hohen Temperaturen können
diese Partikel sintern, das heißt mit dem Trägermaterial zusammenschmelzen und
chemische Reaktionen eingehen. Was passiert dabei nanoskopisch? Und könnte man
diese Vorgänge vielleicht nutzen? Japanische Wissenschaftler um Hitoshi Kato
haben Platin-Partikel auf einer Zeolith-Oberfläche genauer unter die Lupe
genommen - besser gesagt unter das Elektronenmikroskop - und dabei Erstaunliches
entdeckt: Partikel, die Gänge "buddeln".
Zeolithe sind kristalline, hochporöse Silikate. Auf Grund ihrer hohen Oberfläche
und ihrer käfigartigen Poren, in die "Gastmoleküle" aufgenommen werden können,
sind sie als Ionenaustauscher, Molekularsiebe und Katalysatoren im Einsatz.
Einen solchen Zeolithen wählten die Forscher als Träger für ihre Platin-Partikel
und setzten ihn bei 800 oC einer Atmosphäre aus, die einem durchschnittlichen
Autoabgas entsprach. Nach hundert Stunden sahen sie sich die kleinen
platinhaltigen Zeolithkriställchen unter dem Elektronenmikroskop an. Und oh
Wunder: Auf der Zeolith-Oberfläche waren keine Platin-Partikel mehr zu erkennen.
Wo konnten sie sein? Der überraschende Befund: Die winzigen Edelmetall-Kügelchen
hatten sich regelrecht in die Oberfläche des Zeolithen hinein gegraben. Dabei
hinterließen sie kleine Kanäle, die ungefähr dem jeweiligen Durchmesser des
Partikels entsprachen. Dabei ist eine Vorzugsrichtung innerhalb der
Zeolith-Kriställchen zu verzeichnen. Die Kanäle haben einen sechseckigen
Querschnitt, was im Einklang mit der Gitterstruktur des Zeolithen steht, und die
Kanalwände werden aus Facetten des Kristalls gebildet. Abgesehen von je einem
Platinkügelchen am Ende der Gänge sind diese ansonsten leer und die umliegende
Kristallstruktur wird in keiner Wiese gestört. Offenbar sind einfach einige
Atome aus dem Kristallgitter entschwunden. An den Berührungsstellen zwischen
Platinteilchen und Zeolith katalysiert das Platin vermutlich eine chemische
Reaktion zwischen den Silicium- und Sauerstoffatomen des Zeolithen und
Bestandteilen der Abgas-Atmosphäre. Dabei können Bestandteile des Zeolithen in
Form von SiO und Si(OH)4 aus dem Kristall austreten. Die Platinteilchen "sinken"
immer tiefer in die so entstehenden Löcher ein.
"Das beobachtete Phänomen könnte genutzt werden, um maßgeschneiderte poröse
Materialien herzustellen," hofft Kato. "Die Porenanzahl, -form und -größe ließen
sich über die Anzahl und den Durchmesser der Platinpartikel, die Dauer des
Erhitzens, den gewählten Zeolith-Typus und die Orientierung der Kriställchen
einstellen."
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
