[Einfluss der Zusammensetzung in Edelmetall-substituierten Perovskiten auf deren adaptiven Eigenschaft und katalytischen Aktivitäten]

Kurzfassung

Die Emission von toxischen Abgasen in die Atmosphäre durch die Verbrennung von Brennstoffen ist ein aktuelles und gravierendes Problem. Die Umwelt- und Gesundheitsgefahr, die durch die Emission von beispielsweise NO_x und Kohlenmonoxide (CO) verursacht sind, macht den Einsatz von Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung unverzichtbar. Im KFZ- Bereich werden heute bei stöchiometrisch verbrennenden Motoren standardmäßig Drei-Wege-Katalysatoren (TWC) eingesetzt, die simultan alle drei Schadgase, Stickoxide (NO_x), Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (UHC), reduzieren. Klassischerweise besteht diese heute aus unterschiedlichen Edelmetallpartikeln die in einen so genannten keramischen Washcoat imprägniert sind. es kommt während der Lebensdauer eines Katalysators vor, dass die Temperatur kurzzeitig auf 900°C steigt. Insbesondere kommt es dabei zu einem versintern des Washcoat und zur Agglomeration der fein dispergierten Edelmetallpartikel. Hierdurch kommt es zum Verlust von Oberfläche bzw. aktiven Katalysatorstellen über die Lebenddauer und führt so zu einer Abnahme der katalytischen Aktivität oder dem Ausfall des Katalysators. Die Erhaltung der Aktivität über eine möglichst lange Lebensdauer, gerade auch mit Hinblick auf immer strengere Abgasnormen, ist für moderne Katalysatoren also ein wichtiges Entwicklungskriterium. Langzeit-Stabilität des Katalysatormaterials kann durch Einsatz von adaptiven Edelmetall-Substituierten Perowskiten verbessert werden. Bei erster katalytischen Charakterisierung des Pulvermaterials in einer Atmosphäre von 5% O₂, 1% H₂ und 94% He zwischen 200°C und 250°C wurde eine NO_x-Reduktion von 80% gemessen. Die NO_x Umwandlung nimmt mit der Temperatur bis 350°C um 45% ab. Die Anwesenheit von Sauerstoff ist erforderlich um NO_x zu reduzieren. Die NO_x-Reduktion erfolgt in Gunsten von N₂-Bildung, obwohl bei den Temperaturen unter 200°C Ausbildung von geringfügigen N₂O auch beobachtet wurde. Im Weiteren, belegen die XPS-Analyse an dem Rh-Substituierten Perowskiten, dass Rh einen Oxidation/Reduktion aktivierten adaptiven Effekt aufweist. Bei den Rh-Substituierten Perowskiten, die bei 900°C in reduzierender Atmosphäre für 3 Stunden geglüht sind, beträgt die Bindungsenergie von Rh (3d) 307 und 304,5 eV, die zur Rh-Rh-Umgebung entsprechen. Bei den oxidierten Rh-Substituierten Perowskiten dagegen liegt die Bindungsenergie im Bereich von 311,5 und 307 eV, die zur Präsenz einer Rh-O-Umgebung hindeutet. In dieser Arbeit wird über den Zusammenhang zwischen der Synthesemethoden von Edelmetall-Substituierten Perowskiten und deren entsprechenden Katalytische Aktivität sowie adaptive Eigenschaften berichtet.