Neuer zeolithischer Katalysator mit potenziellen industriellen Anwendungen in der Propylenherstellung

Das neue kristalline Material ist bei hohen Temperaturen stabil

10.07.2019 - Spanien

Forscher des Instituts für Chemische Technologie, einem gemeinsamen Zentrum des Spanischen Nationalen Forschungsrates (CSIC) und der Polytechnischen Universität Valencia, haben einen neuen zeolithischen Katalysator entwickelt, der bei hohen Temperaturen stabil ist und industrielle Anwendungen bei der Herstellung von Propylen, einer der am häufigsten verwendeten chemischen Verbindungen der Welt, finden könnte. Die Forschungsergebnisse wurden an ein Unternehmen lizenziert.

Zeolithe sind kristalline Materialien mit einer Struktur aus regelmäßigen kleinen Poren, die es Molekülen ermöglichen, in sie einzudringen. Abhängig von der chemischen Zusammensetzung und Topologie dieser Strukturporen können unterschiedliche chemische Reaktionen entwickelt werden. Avelino Corma, CSIC-Forscher am Institute of Chemical Technology, erklärt, dass "eine der größten Herausforderungen bei der Synthese von Zeolithen darin besteht, die aktiven Stellen innerhalb der Struktur von Poren und Hohlräumen unterschiedlicher Größe ihrer Struktur zu lokalisieren". Wenn Metalle mit katalytischen Eigenschaften wie Platin in einen Zeolithen eingebracht werden, neigen sie dazu, zufällig verteilt zu sein. Daher ist die selektive Platzierung aktiver Stellen in einer bestimmten Art von Poren oder Hohlräumen eine grundlegende Herausforderung mit wichtigen Auswirkungen auf ihre katalytische Anwendung.

Die Forscher des Instituts für Chemische Technologie stellten sich einer dreifachen Herausforderung: subnanometrische Metallcluster, also kleine Gruppen von wenigen Atomen, innerhalb eines Zeoliths zu erzeugen, sie durch Kontrolle ihrer reaktiven Eigenschaften zu stabilisieren und alles in einem rein silikatischen MFI-Zeolithen zu tun, um die Anwesenheit von Säuren im Endmaterial zu vermeiden.

"Subnanometrische Metallcluster stellen das Problem des Sintern bei hohen Temperaturen über 500 °C dar. Das bedeutet, dass sie dazu neigen, in Blöcken zusammenzuhalten, was ihre katalytische Anwendung einschränkt. Deshalb glauben wir, dass Zeolithe als idealer Träger für die Stabilisierung subnanometrischer Metallkatalysatoren dienen können", erklärt Corma.

Wissenschaftlern am Institut für Chemische Technologie ist es gelungen, hochstabile subnanometrische Platincluster in den sinusförmigen Kanälen von MFI-Zeolithen zu lokalisieren. Und sie haben dies durch auflösende Elektronenmikroskopietechniken und integrierte differentielle Phasenkontrastbildverfahren bewiesen.

"Die von uns entwickelten Katalysatoren weisen eine sehr hohe Stabilität, Selektivität und Aktivität für die Dehydrierung von Propan zu Propylen auf, einem Prozess mit vielfältigen industriellen Anwendungen. Und nicht nur das, wir denken, dass diese Stabilisierungsstrategie auch auf andere Metalle und andere poröse kristalline Materialien angewendet werden könnte", schließt Corma.

An dieser Arbeit haben auch Forscher der Universität Cadiz und des Synchrotrons ALBA teilgenommen.

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Originalveröffentlichung

Lichen Liu, Miguel López-Haro, Christian W. Lopes, Chengeng Li, Patricia Concepción, Laura Simonelli, Jose J. Calvino y Avelino Corma; "Regioselective generation and reactivity control of subnanometric platinum clusters in zeolites for high-temperature catalysis."; Nature Materials.

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