Strukturelle Untersuchung des k-Ce2Zr2O8 und seiner Aktivität als Deacon-Katalysator

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation soll der Einfluss der Sauerstoffspeicherkapazität (engl.: oxygen storage capacity, OSC) auf die katalytische Aktivität von CexZr1-xO2 in der heterogen katalysierten Oxidation von Chlorwasserstoff, der sogenannten Deacon-Reaktion und der Oxidation von Kohlenstoffmonoxid (CO) bestimmt werden. Zu diesem Zweck werden Mischoxide aus Cer und Zirconium unterschiedlich synthetisiert, charakterisiert und als Katalysator in diesen Reaktionen genutzt.Mittels nanostrukturierter Katalysatoren wird zunächst ermittelt, welche Zusammensetzung von CexZr1-xO2 die größte Aktivität und die größte Stabilität in der Deacon-Reaktion besitzt. Die Herstellung der Proben geschieht durch Elektrospinnen, einem Verfahren zur Herstellung von Fasern mit Durchmessern von wenigen Nanometern bis zu wenigen Mikrometern aus nahezu jedem gewünschten Material. Die höchste Aktivität und auch Stabilität können im Bereich mittlerer Zusammensetzung (x & #8776; 0,5) erreicht werden.Eine spezielle Phase des CexZr1-xO2 ist die sogenannte k-Phase. Sie zeichnet sich durch sehr hohe OSC-Werte aus. Diese Dissertation untersucht den Syntheseprozess und beschreibt ihn erstmals mit umfangreichen in-situ-Daten. Für die Synthese ist ein Reduktionsschritt von 1500 °C unter H2-haltiger Atmosphäre vonnöten, bevor die pyrochlore Phase bei 600 °C in Luft wieder oxidiert wird. Bei diesem Oxidationsschritt findet die Phasenumwandlung von der pyrochloren Phase zur & #954;-Phase statt. Diese Transformation ist schon bei einer Temperatur von 330 °C abgeschlossen. Die erhöhte Temperatur bis 600 °C ist jedoch zur vollständigen Oxidation des Materials nötig. Mithilfe der k-Phase wird im Anschluss der Einfluss der OSC auf die Deacon-Reaktion und die CO-Oxidation überprüft. Die Gasphasenoxidation von Chlorwasserstoff (HCl) mit Sauerstoff (O2) zu Chlor (Cl) und Wasser (H2O) wird Deacon-Reaktion genannt. Die Aktivität der Katalysatoren für diese Reaktion ist für die getesteten Katalysatormaterialien unabhängig von den ermittelten OSC-Werten der Materialien. Im Gegensatz dazu zeigt die CO-Oxidation eine hohe Abhängigkeit von dem ermittelten OSC-wert. Eine erhöhte OSC ermöglicht deutlich verbesserte Aktivitätswerte für diese Reaktion.