Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Katalysatoren mögen’s heiß

08.10.2012
An der TU Wien konnte nun geklärt werden, wovon die nötige Betriebstemperatur von Auto-Katalysatoren abhängt.
Auto-Abgaskatalysatoren arbeiten schlecht, solange sie noch nicht aufgewärmt sind. Winzige Metallpartikel in einem Abgaskatalysator brauchen eine Mindesttemperatur, um effizient zu funktionieren. An der TU Wien konnten mit einer neuen Messmethode nun viele unterschiedliche Typen dieser Partikel gleichzeitig untersucht werden. Damit sind nun erstmals verlässliche Aussagen darüber möglich, wovon die Effizienz der Abgaskatalysatoren genau abhängt.

Niedrige Zündungs-Temperatur gesucht

„Einen großen Teil der Schadstoffemissionen verursacht ein Motor gleich nach dem Start, während der Katalysator noch kalt ist“, erklärt Prof. Günther Rupprechter vom Institut für Materialchemie der TU Wien. „Erst wenn eine bestimmte Temperatur überschritten wird, kommt es zur sogenannten katalytischen Zündung, und der Katalysator funktioniert mit hoher Effizienz.“ Um diese kritische Temperatur möglichst rasch zu erreichen, wurden bereits komplizierte und teuere Katalysator-Heizungen entwickelt. Energie- und kostensparender wäre es freilich, einen Katalysator zu bauen, der bereits bei möglichst niedrigen Temperaturen gut funktioniert.

Gerade oder schräg? Auf den Winkel kommt es an

Die kritische Temperatur, die der Katalysator erreichen muss, hängt vom verwendeten Material ab: besonders oft werden bei Abgaskatalysatoren die Edelmetalle Platin und Palladium verwendet. Wichtig ist aber auch, welche kristallographische Orientierung die Oberflächen der winzigen Metall-Körnchen haben. Kristalle kann man in unterschiedlichen ganz bestimmten Richtungen schneiden – das kennt man von geschliffenen Edelsteinen. Auch natürlich gewachsene Kristalle bilden die Oberflächen in verschiedenen Richtungen aus, und die Orientierung dieser Oberflächen bestimmt das chemische Verhalten. „Es zeigt sich, dass Oberflächen mit unterschiedlichen kristallographischen Richtungen bei unterschiedlich hohe Temperaturen für die katalytische Zündung benötigen“, erklärt Assoc. Prof. Yuri Suchorski, der mit Prof. Rupprechter zusammenarbeitet.

Viele Messungen in einem Experiment

Diesen Effekt im Detail zu untersuchen, war bisher kaum möglich: Ein Katalysator ist aus unzähligen winzigen Körnchen aufgebaut. „Bis jetzt konnte man nur die überlagerte Aktivität all dieser unterschiedlich orientierten Körnchen messen“, sagt Rupprechter. Ihm und seinem Team gelang es nun allerdings mit einem Photoemissions-Elektronenmikroskop, das auf Einsteins berühmtem „Photoeffekt“ basiert, die Zündungs-Temperaturen der einzelnen Metall-Körnchen während der laufenden Reaktion individuell zu analysieren. Verwendet wurde eine Folie, auf der viele winzige Kristalle – mit einem Durchmesser von nur etwa 100 Mikrometern – dicht nebeneinander angeordnet sind. Ihre Richtungen sind zufällig verteilt, man kann daher verschiedene Varianten von Kristallen bei einem einzigen Experiment untersuchen.

Unter dem Mikroskop wurde die Temperatur der Folie langsam erhöht – und tatsächlich zeigte sich, dass die katalytische Zündung je nach Orientierungsrichtung bei unterschiedlichen Temperaturen stattfand. „Wichtig ist für uns, unterschiedliche Kristallkörner dicht nebeneinander während eines einzigen Versuchs bei exakt gleichen Bedingungen untersuchen zu können“, erklären die Forscher. „Bei mehreren Versuchen hintereinander könnte man die äußeren Bedingungen niemals so perfekt reproduzieren, dass die einzelnen Messungen direkt vergleichbar wären.“
Mit den neuen Erkenntnissen kann man nun gezielt nach Herstellungsverfahren für Katalysatoren mit niedrigerer Zündungs-Temperatur gesucht werden. „Wir wissen nun, dass Palladium besser funktioniert als Platin, und wir wissen, welche kristallographische Richtung die niedrigste Zündungs-Temperatur verspricht“, sagt Günther Rupprechter. Nun soll es gelingen, diese Erkenntnisse auch technologisch umzusetzen, um Katalysatoren zu bauen, die im Auto nach dem Start möglichst rasch ihre Wirkung entfalten.

Originalpublikation: D. Vogel, Ch. Spiel, Y. Suchorski, A. Trinchero, R. Schlögl, Henrik Grönbeck, G. Rupprechter, “Local light-off in catalytic CO oxidation on low-index Pt and Pd surfaces: a combined PEEM, MS and DFT study”, Angewandte Chemie International Edition, 51 (2012) 10041–10044.

Rückfragehinweis:
Prof. Günther Rupprechter
Institut für Materialchemie
Getreidemarkt 9, 1060 Wien
T: +43-1-58801-165100
guenther.rupprechter@tuwien.ac.at

Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T.: +43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at
http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2012/katalysatoren/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Zukünftige Informationstechnologien: Wärmetransport auf der Nanoskala unter die Lupe genommen
21.08.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Superauflösende Mikroskopie - Neue Markierungssonden im Nanomaßstab
21.08.2018 | Ludwig-Maximilians-Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Dialog an Deck, Science Slam und Pong-Battle

21.08.2018 | Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Zukünftige Informationstechnologien: Wärmetransport auf der Nanoskala unter die Lupe genommen

21.08.2018 | Physik Astronomie

Bedeutung des „Ozeanwetters“ für Ökosysteme

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Auf dem Weg zur personalisierten Medizin

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics