Rhodium-Nanopartikel: Katalyse auf der Nanometerskala
Katalyse auf der Nanometerskala. Katalysatoren, die auf metallischen Nanopartikeln basieren, sind für die Herstellung vieler Chemikalien und Brennstoffe unverzichtbar. Sie kommen weiterhin im Dreiwegekatalysator bei der Abgasreinigung von Kraftfahrzeugen zum Einsatz.
Entscheidend für die Funktion ist dabei das seltene Übergangsmetall Rhodium, dessen Eigenschaften Wissenschaftler verbessern wollen. Andreas Stierle und seine Kollegen am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart und vom Commissariat a l’Energie Atomique in Grenoble haben jetzt erstmals auf der Oberfläche von Rhodium-Nanopartikeln eine extrem dünne Oxidschicht nachgewiesen und gezeigt, wie sich die Form der Nanopartikel unter moderatem Sauerstoff- und Kohlenmonoxideinfluss reversibel verändert.
Experimente mit Synchrotronstrahlung an der Angström-Strahlungsquelle (ANKA, KIT ) in Karlsruhe und an der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle (ESRF) in Grenoble erlaubten es den Wissenschaftlern, die Formänderungen „live“ zu verfolgen und sie abschließend durch elektronenmikroskopische Messungen am Höchstleistungs Transmissionselektronenmikroskop (TE M) am Stuttgarter MPI für Metallforschung zu untermauern. In der Aufnahme durch das Transmissionselektronenmikroskop (TE M) ist deutlich die abgeflachte, pyramidenartige Form des Rhodium-Nanopartikels nach der Oxidation zu erkennen.
Die Vergrößerung der Oberflächenstruktur zeigt die dreilagige Rhodium-Oxidschicht (verdeutlicht sowohl durch das blau-rote Atommodell als auch durch die Bildsimulation oben). Die präzisen Erkenntnisse über die Struktur der Rhodium-Nanopartikel während katalytischer Reaktionen sind nützlich für die Entwicklung von verbesserten, heterogenen Katalysatormaterialien mit längerer Lebensdauer, höherer Aktivität und Selektivität.
