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Arbeitsgruppe Imbihl

Der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt in der Untersuchung der Dynamik von Oberflächenreaktionen und in der Entwicklung katalytischer Modellsysteme. Als Folge von Selbstorganisationsvorgängen beobachtet man bei bestimmten Oberflächenreaktionen die Ausbildung chemischer Wellenmuster, reaktions-induzierte Umstrukturierungen des Katalysators und Ratenoszillationen. 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.

Forschungsthemen

image Microscopy Diffraction Spectroscopy

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, aber 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 Photoelektronen Emissionsmikroskopie (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.