Attract: Flex-C-Cat II

Das Flex-C-Cat-Projekt leistet einen Beitrag zur Power-to-Liquid-Prozesskette für eine nachhaltige Wasserstofferzeugung und -nutzung. Heterogene Katalysatoren spielen eine wesentliche Rolle bei der Herstellung von Kraftstoffen und Chemikalien in der Gegenwart und in der Zukunft. Daher müssen leistungsstarke und effiziente Katalysatoren entwickelt und von Erdöl auf CO2 und biobasierte Ausgangsstoffe umgestellt werden. In diesem Zusammenhang konzentriert sich das »Flex-C-Cat II« Projekt auf die Optimierung und Charakterisierung von aus Biomasse gewonnenen mesoporösen Kohlenstoffen als abstimmbare heterogene Träger für die Hydrierungskatalyse. Die Anwendbarkeit der Flex-C-Cat-Katalysatoren wird anhand mehrerer exemplarischer Hydrierungen demonstriert, die sowohl für die aktuelle als auch für die sich entwickelnde industrielle Praxis relevant sind, begleitet von Untersuchungen dieser Katalysatoren mit Röntgenphotoelektronenspektroskopie bei Umgebungsdruck.

Die Synthese mesoporöser Kohlenstoffe basiert auf der Hydrothermalen Karbonisierung (HTC), einem Niedrigtemperatur-Syntheseverfahren (< 200 °C), bei dem beispielhafte Biomasse-Vorstufen und Wasser verwendet werden. Da die Synthese bei niedriger Temperatur erfolgt, ermöglicht der HTC-Ansatz die Einstellung der physikalisch-chemischen Eigenschaften, z. B. hochporöse Kohlenstoffträger oder mögliche Heterodotierung (stickstoffdotierter Kohlenstoff) für maßgeschneiderte Eigenschaften in verschiedenen Anwendungen. Durch einfache Kontrollmechanismen (z. B. Konzentration der Ausgangsstoffe, Karbonisierungstemperatur) können Funktionalität und Porosität unabhängig voneinander eingestellt werden.

Das Projekt »Flex-C-Cat II« zielt darauf ab, wichtige Struktur-Aktivitäts-Beziehungen zu entwickeln, um die Optimierung der Katalysatorleistung und -eigenschaften auf der Grundlage von Metall-Träger-Wechselwirkungen zu ermöglichen. Flex-C-Cat II wird durch das ExsAKt-Projekt flankiert, das diese Katalysatoren mit Hilfe der Röntgenphotoelektronenspektroskopie bei Umgebungsdruck (NAP-XPS) analysiert, um das katalytische Verhalten unter den untersuchten Reaktionsbedingungen zu verstehen. Die In-situ- und Ex-situ-XPS-Untersuchungen der Kernzustände der Elemente in Nanopartikeln und (stickstoffdotierten) Kohlenstoffoberflächen ermöglichen die Bestimmung der chemischen Zustände und des Zusammenspiels der Wechselwirkungen an der Oberfläche, die der Schlüssel für die katalytische Aktivität sind. Dies wird zu verbesserten und effizienteren Hydrierungskatalysatoren führen, die unter weniger kostspieligen Bedingungen betrieben werden können, z. B. bei niedrigeren Drücken, Temperaturen und Katalysatorladungen oder durch die mögliche Verwendung von Nichtedelmetallen.