Arbeitsgruppe Prof. Dr. Ronald Imbihl

Die Arbeitsgruppe Imbihl forscht an der Dynamik von Oberflächenreaktionen und der Entwicklung katalytischer Modellsysteme.

FORSCHUNGSEXPERTISE: HETEROGENE KATALYSE

Der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe Imbihl liegt in der Untersuchung der Dynamik von Oberflächenreaktionen und in der Entwicklung katalytischer Modellsysteme. Als Folge von Selbstorganisationsvorgängen werden bei bestimmten Oberflächenreaktionen die Ausbildung chemischer Wellenmuster, reaktions-induzierte Umstrukturierungen des Katalysators und Ratenoszillationen beobachtet. Neben diesen Erscheinungen, die der sogenannten Nichtlinearen Dynamik zuzuordnen sind, werden im Arbeitskreis Fragestellungen zur Druck- und Materiallücke in der Heterogenen Katalyse, zur elektrochemischen Promotion heterogen katalysierter Reaktionen und zur Nano- und Mikro-Strukturierung von Katalysatoren bearbeitet.

FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE

Die Heterogene Katalyse ist, was die Fähigkeit betrifft Chemikalien energiearm und mit hoher Selektivität zu produzieren, schädliche Stoffe aus der Umwelt zu entfernen und Energien umzuwandeln und zu speichern, eine der entscheidenden Zukunftstechnologien

Wir befassen uns mit Modellsystemen der Heterogenen Katalyse. Dies heißt, die stoffliche und strukturelle Komplexität der in der sogenannten "Realkatalyse" verwendeten Katalysatoren wird soweit reduziert, dass die Materialien einerseits den oberflächenanalytischen Techniken zugänglich werden, andererseits aber bestimmte Aspekte, die es zu untersuchen gilt, beibehalten werden. Im einfachsten Fall sind Modellkatalysatoren Einkristalle. Mit einem aufgedampften zweiten Metall oder Oxid werden daraus Modelle für bimetallische Katalysatoren oder für geträgerte Oxidkatalysatoren. Unter Reaktionsbedingungen ist die Struktur und Zusammensetzung von katalytischen Oberflächen von dynamischen Effekten bestimmt: chemische und strukturelle Umwandlungen bis hin zu morphologischen Änderungen des Katalysators finden statt. Unter diesen Bedinungen befindet man sich aber auch fernab vom thermodynamischen Gleichgewicht und es tritt raumzeitliche Selbsorganisation auf: kinetische Oszillationen und die Ausbildung chemischer Wellenmuster sind bekannte Beispiele solcher Selbstorganisation, aber auch Strukturbildungen wie reaktions-induzierte Umstrukturierungen zählen dazu. All diese Vorgänge sind auch Teil der sogenannten "Druck- und Materiallücke" in der Heterogenen Katalyse, worunter man die Diskrepanz zwischen UHV-Untersuchungen an Einkristallen einerseits und den Bedingungen der "Realkatalyse" andererseits versteht.

In den experimentellen Arbeiten liegt der Schwerpunkt auf räumlich auflösenden Methoden wie der Photoemissions Elektronenmikroskopie (PEEM) und Ellipsometrie. In den vergangenen Jahren wurden zur Aufklärung komplexer raumzeitlicher Strukturbildung zunehmend sogenannte "spektromikroskopische" Methoden wichtig, bei denen sich der Synchrotronstrahlung bedient wird und welche die Vorteile hochauflösender Mikroskopie (~10 nm) mit einer lokalen (~1 µm) strukturellen und chemischen Charakterisierung der abgebildeten Phasen kombinieren.

Wurden zunächst einfache Reaktionen der Autoabgaskatalyse wie CO-Oxidation und NO-Reduktion an Pt, Rh und Pd-Oberflächen untersucht, so traten in den vergangenen Jahren stofflich komplexere Systeme wie bimetallische Oberflächen und geträgerte V-Oxidkatalysatoren hinzu. Daneben etablierte sich die Festkörperelektrochemie als weiteres Arbeitsgebiet.


ABSCHLUSSARBEITEN

Masterarbeit „Umstrukturierung geträgerter Vanadium-oxid-Katalysatoren auf einer Pd(111) Oberfläche“

In der Masterarbeit soll die Umstrukturierungsdynamik von Vanadiumoxid-Katalysatoren auf Edelmetalloberflächen während der Methanoloxidation untersucht werden. Alle Experimente werden in einem Ultrahochvakuum-System durchgeführt. Als ortsauflösende Methode wird ein Photoemissions Elektronenmikroskop (PEEM) eingesetzt. Die Struktur und Dicke ultradünner Vanadiumoxid-Katalysatoren wird mit Elektronenbeugung und Augerelektronen-Spektroskopie charakterisiert, deren Aktivität mit Massenspektroskopie beurteilt.
Zu Beginn der Arbeit werden ultradünne Vanadiumoxid-Katalysatoren auf dem Substrat Pd(111) synthetisiert und charakterisiert. Im Anschluss werden die Katalysatoren mittels Photoemissions-Elektronenmikroskopie während der katalytischen Reaktion auf Umverteilungs- und Restrukturierungsprozze untersucht. Dies stellt den Hauptteil der Masterarbeit dar. Abschließend findet eine Charakterisierung der katalytischen Aktivität mittels Massenspektrometrie statt.
Interessenten wenden sich bitte an Prof. Dr. Ronald Imbihl.


KOOPERATIONSPARTNER

Experiment

Theorie

Industrie

KOOPERATIONSPARTNER INDUSTRIE
  • Elmitec
    Elmitec Elektronenmikroskopie GmbH

KONTAKT

Prof. Dr. rer. nat. Ronald Imbihl
Adresse
Callinstraße 3a
30167 Hannover
Gebäude
Raum
215
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