de.wedoany.com-Bericht: Deutsche Forscher des Fritz-Haber-Instituts und des Max-Planck-Instituts für chemische Energiekonversion haben mittels Operando-Transmissionselektronenmikroskopie die dynamischen Strukturveränderungen des industriellen Methanol-Synthesekatalysators Cu/ZnO/Al2O3 im Betriebszustand aufgedeckt. Sie fanden heraus, dass die temperaturabhängige Wechselwirkung zwischen Cu und ZnO der Schlüssel zur Funktion des Katalysators ist, und stellten das Konzept des „behinderten Phasenübergangs“ vor. Demnach befindet sich der Katalysator in einer kontinuierlichen reversiblen Umwandlung zwischen dem CuZn-Oberflächenbereich und der Cu-ZnO-Grenzfläche – ein dynamisches Gleichgewicht, das seine hohe Aktivität und Stabilität erklären könnte.
Methanol, ein wichtiger chemischer Grundstoff und potenzieller Energieträger, wird üblicherweise mit dem Cu/ZnO/Al2O3-Katalysator synthetisiert. Obwohl dieser Katalysator seit Jahrzehnten im Einsatz ist, war der Mechanismus seiner synergistischen Wirkung bislang nicht vollständig geklärt. In dieser Studie beobachteten die Forscher Nanopartikel in einem Mikroreaktor und stellten fest, dass sich oberhalb von 220 °C die ZnOx-Schicht öffnet und die Cu-Oberfläche freilegt, die sich nach dem Abkühlen wieder bildet. Diese reversible Veränderung sowie der Zustand des „behinderten Phasenübergangs“ bieten neue Designprinzipien zur Verbesserung von Methanol-Katalysatoren. Die Studie geht davon aus, dass die hohe Leistungsfähigkeit des Katalysators nicht auf eine einzelne aktive Phase zurückzuführen ist, sondern auf der dynamischen Strukturumwandlung beruht.
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