Auf dem Weg zu effizienteren Katalysatoren entschlüsseln Forscher das Bindungsverhalten von Platinatomen an Träger aus Aluminiumoxid

Flöße aus Platin

Richland (USA) - Im Autoauspuff oder in Reaktoren der chemischen Industrie: Überall findet sich das Edelmetall Platin als einer der wichtigsten und zugleich teuren Katalysatoren. Doch nicht allein das Material, auch die Anordnung der einzelnen Atome spielt für effiziente Reaktionen eine wichtige Rolle. Amerikanische Materialforscher entdeckten nun, wie Platinatome sich auf Trägersubstanzen aus Aluminiumoxid bevorzugt zu flachen Flößen zusammensetzen können. Wie sie in der Zeitschrift "Science" berichten, werde dadurch ein unerwünschtes Verklumpen des wertvollen Edelmetalls verhindert.

"Wir konnten die wichtigen Andockstellen für Platin auf einer Oberfläche aus Aluminiumoxid während der Synthese identifizieren", sagt Chuck Peden vom Institute for Interfacial Catalysis am Pacific Northwest National Laboratory in Richland. Mit einem Magnetresonanz-Spektrometer und hochauflösenden Mikroskopen erkannte er zusammen mit seinen Kollegen, dass Platinatome bevorzugt von Aluminiumatomen eingefangen werden, die zuvor über fünf weitere Bindungen verfügten und mit Platin eine sechste eingingen. Dadurch entstanden flache Flöße aus Platin, die sich über das Trägermaterial verteilten. Im Unterschied zu miteinander verklumpten Platinatomen entstand so eine größere aktive Oberfläche für die katalytischen Reaktionen. Andere Aluminiumatome im Metalloxid, die nur über vier Bindungen verfügten, spielten dagegen kaum eine Rolle.

In weiteren Versuchen entdeckte Peden, dass sich die Zahl der fünfarmigen "Penta-Stellen" im Aluminiumoxid durch höhere Temperaturen bei der Herstellung des Katalysators steigern ließ. Damit fand er einen wichtigen Prozess, um die Effizienz von Platin-Katalysatoren bei geringerem Materialeinsatz weiter steigern zu können. "Durch dieses neue Verständnis entdeckten wir zusätzliche Tricks, die bei der Dispersion von Platinatomen eine wichtige Rolle spielen werden."