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PhysikerInnen bestimmen Oxidstrukturen von Katalysatoren

Eine Gruppe von PhysikerInnen der Technischen Universität (TU) Wien erforscht die Oxidation von Oberflächenstrukturen im Nanobereich mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie. Das hochsensible Gerät kann einzelne Atome an der Oberfläche abtasten und "sehen". Mit den daraus gewonnen Erkenntnissen gelingt es den WissenschafterInnen Oxidstrukturen zu bestimmen, die in der chemischen Industrie (Erdölraffination, Kunststofferzeugung) bereits seit Jahrzehnten als Katalysatoren verwendet werden.

Rastertunnelmikroskop

Rastertunnelmikroskop

Rastertunnelmikroskop

Rastertunnelmikroskop

STM (Rastertunnelmikroskop) Bild Aluminiumfilm auf NiAl (110) mit atomarer Auflösung.

STM (Rastertunnelmikroskop) Bild Aluminiumfilm auf NiAl (110) mit atomarer Auflösung.

STM (Rastertunnelmikroskop) Bild Aluminiumfilm auf NiAl (110) mit atomarer Auflösung.

STM (Rastertunnelmikroskop) Bild Aluminiumfilm auf NiAl (110) mit atomarer Auflösung.

Peter Varga

Peter Varga

Peter Varga

Peter Varga

Wien (TU). - "Die Oxidation von Nanostrukturen auf Oberflächen wurde bisher nur unter unrealistischen Bedingungen (im Ultrahochvakuum) sowie bei wenig komplexen Strukturen (Einkristalle) untersucht.
In der Wissenschaft bezeichnet man dies als 'pressure gap' (Druckunterschied) und 'complexity gap' (Unterschied in der Komplexität der Strukturen). Mit den im Rahmen des EU Projektes 'NanO2'
durchgeführten Experimenten kamen erstmals 'raue', aber dennoch wohldefinierte Oberflächen unters Mikroskop. Der Sauerstoff wurde außerdem mit höherem Druck eingesetzt", erläutert Professor Peter Varga vom Institut für Allgemeine Physik der TU Wien.

Gemeinsam mit seinem Kollegen Michael Schmid fand er heraus, dass sich an der Oberfläche ganz andere Strukturen bilden, als man bisher von Oxiden (Sauerstoffverbindungen) kennt. Dort reagiert die Oberfläche aktiver und es entstehen Bindungen mit anderen Molekülen. Varga: "Die ganze Katalyse funktioniert so, dass Moleküle an der Oberfläche adsorbieren (sich anlagern) und dann reagieren. Wenn also das giftige Kohlenmonoxid in einem Katalysator unschädlich gemacht werden soll, dann passiert das an der Oberfläche, und es braucht dazu Sauerstoff - den kann ein Oxid liefern. Das entscheidende ist, die Defekte, Stufen und Nanostrukturen, wo sich die Moleküle anhängen, zu verstehen. Sie sind die Grundlage für eine reaktive Oberfläche, wie man sie in der Katalyse benötigt." Entgegen den bisherigen Meinungen konnten Varga und sein Team beweisen, dass nicht nur Metalle katalytische Wirkung haben, sondern auch die Oxide in der Katalyse selbst aktiv wurden.

Andere Untersuchungen, die zu einer Veröffentlichung in der Zeitschrift "Science" führten, befassten sich mit der bisher unbekannten Vielfalt der atomaren Strukturen von Aluminiumoxid. Dieses Oxid kann auch Löcher haben, die kaum größer als ein Atom sind, wo sich aber trotzdem metallische Cluster (Anhäufung von Atomen) bilden. "Solche Kombinationen von Metall und Oxid sind einerseits die besten Katalysatoren, andererseits aber auch für die Hochtechnologie von Bedeutung und selbst für zukünftige Harddisks lässt sich viel von ihnen lernen", so Varga.

Das EU-Projekt "NanO2" wurde in Zusammenarbeit mit den Max-Planck-Instituten in Stuttgart und Berlin, den Universitäten Lund und Leiden, der Firma Haldor-Topsoe (Catalysts and technology company,
Dänemark) sowie der Universität Wien (Georg Kresse) durchgeführt. Weitere Arbeiten förderte der FWF im Rahmen des Forschungsschwerpunkts "Nanowissenschaften auf Oberflächen".

Fotodownload: https://www.tuwien.ac.at/index.php?id=5016

Rückfragehinweis:
Ao.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Peter Varga
Ao.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Michael Schmid
Technische Universität Wien
Institut für Allgemeine Physik   
Wiedner Hauptstraße 8-10, 1040 Wien
T +43/1/58801 - 13450, -13454, -13452, -53452
F +43/1/58801 - 13499
E peter.varga@tuwien.ac.at
E michael.schmid@tuwien.ac.at

Aussender:
Mag. Daniela Ausserhuber
TU Wien - PR und Kommunikation
Karlsplatz 13/E011, A-1040 Wien
T +43-1-58801-41027
F +43-1-58801-41093
E daniela.ausserhuber@tuwien.ac.at
http://tuwien.ac.at/pr