Materialtechnologie: Katalysatormaterialien beim Entstehen und Arbeiten zusehen

Kombiniertes Verfahren aus Röntgen-Nanomikroskopie und Nanotomographie macht Änderungen der 3D-Porenstruktur von Materialien sichtbar

Kläranlage am Campus Nord des KIT — Die Funktion von Membranen, wie sie etwa bei der Aufbereitung von Wasser eingesetzt werden, wird maßgeblich durch ihre Porenstruktur bestimmt. Ein Verfahren zu deren genauer Untersuchung haben nun Forschende am KIT entwickelt. (Foto: Markus Breig, KIT)

Röntgenaufnahme eines Katalysators — Forschende am KIT haben ein Verfahren entwickelt, das die Änderung der Porenstruktur von Katalysatoren, Membranen und Adsorptionsmaterialien bei sehr hoher Auflösung untersucht. (Foto: Sebastian Weber, KIT)

Maßgeschneiderte Katalysatoren, Membranen und Adsorptionsmaterialien können zu einer nachhaltigeren Chemie beitragen – etwa indem sie helfen, Treibhausgase einzusparen, Schadstoffe aus der Luft zu filtern oder Wasser aufzubereiten. Ihre Funktion und mögliche Anwendungen werden maßgeblich durch ihre Porenstruktur bestimmt. Deren genaues Verständnis ist deshalb notwendig. Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, das die Änderung der Porenstruktur solcher Materialien unter realen Anwendungsbedingungen bei sehr hoher Auflösung untersucht. Die Ergebnisse der Studie erschienen in Advanced Science.

Für ihre Untersuchungen haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit Röntgen-Nanomikroskopie und Nanotomographie zwei hochauflösende Bildgebungsverfahren kombiniert. „Damit erhält man eine direkte Visualisierung des Materials in 3D mit hoher räumlicher Auflösung im Bereich von 50 bis 80 Nanometern, während bei laufender Reaktion strukturelle Änderungen stattfinden“, erläutert Sebastian Weber vom Institut für Katalyseforschung und -technologie des KIT die Experimente an Nickel-Aluminiumoxid-Katalysatormaterialien, die gemeinsam mit dem Paul Scherrer Institut und dem Deutschen Elektronen-Synchrotron bei unterschiedlichen Temperaturen und Gasatmosphären durchgeführt wurden. Das sei mit bisherigen Verfahren nicht möglich gewesen und nun könnten komplexe Materialsynthesen oder -änderungen verstanden, empirisch weiterentwickelt und angepasst werden, so Weber.

sfo, 10.02.2022