Nanopartikel

Katalysatoren in Form von geträgerten Metallen oder Metalloxiden werden in zahlreichen Prozessen der chemischen Industrie eingesetzt, um die zur Verfügung stehenden Rohstoffe in höherwertige Produkte wie z.B. Grund- und Feinchemikalien, Treib- und Kunststoffe sowie Pharmaprodukte zu konvertieren. Die katalytische Aktivität und Selektivität solcher Materialien hängt dabei stark von der chemischen und strukturellen Natur der geträgerten aktiven Spezies und ihrer Wechselwirkung mit dem Trägermaterial ab. Gegenwärtig werden geträgerte Katalysatoren überwiegend durch Adsorption einer Metallspezies in einer wässrigen Lösung an der Oberfläche des Trägermaterials und anschließender thermischer Behandlung in oxidativer und/oder reduktiver Atmosphäre hergestellt. Ein entscheidender Nachteil dieser Methode ist, dass essentielle katalytische Eigenschaften der sich ausbildenden metallischen Strukturen nicht einheitlich sind. Sie zeigen z.B. unterschiedliche Größe, unterschiedliche Kristall- und Partikelformen und besitzen breite Partikelgrößenverteilungen.

In unserer Gruppe werden Nanopartikel kontinuierlich in Mikrostrukturen hergestellt. Wir verwenden eine kolloidchemische Synthese zur gezielten Herstellung von Metallnanopartikeln mit definierter Größe und Form bei gleichzeitiger enger Partikelgrößenverteilung. Parameter, die bei diesem Verfahren die Struktur der entstehenden metallischen Nanopartikel (z.B. Größe, Form und Größenverteilung) beeinflussen, sind die Reduktionstemperatur, das eingesetzte Metallsalz, dessen Konzentration sowie die Anwesenheit von Zusätzen wie organische Polymere. Die synthetisierten Nanostrukturen werden anschließend in einem separaten Schritt auf die Oberfläche des Trägermaterials aufgebracht. Durch den Einsatz von Mikrostrukturen wird im Vergleich zu konventionellen Verfahren eine bessere Steuerung der Teilchengröße und der Polydispersität ermöglicht. Die kleinen Kanaldimensionen erlauben eine exakte Einstellung der für die Partikelsynthese wichtigen Parameter wie z.B. Temperatur, Verweilzeitverteilung und Mischen. Der Einsatz von Mikrostrukturen und der damit verbundene Übergang vom Batch zum kontinuierlichen Prozess gestattet es außerdem, Keimbildungs- und Wachstumsreaktionen bei der Nanopartikelbildung lokal zu entkoppeln, wodurch eine gezieltere Steuerung der Partikelgröße und ‑zusammensetzung möglich ist.

Herstellung von geträgerten Pd-Nanopartikeln