Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Heterogeneous Catalysis Thoughts and Insights Robert Schlögl.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Heterogeneous Catalysis Thoughts and Insights Robert Schlögl."—  Präsentation transkript:

1 Heterogeneous Catalysis Thoughts and Insights Robert Schlögl

2 Dept. AC, Fritz-Haber-Institut(MPG), Berlin Study of catalysis is key to the ability to manufacture structural and functional materails Catalysis and Industry Automotive Industry Chemical Industry Life science Power generation Chemical Engineering Catalysis Catalyst manufacture

3 Where do you find catalysts Selten im Alltag direkt: –Autoabgaskatalysator –Backofenreiniger (Plastiktüte) Manchmal indirekt mit Produkten der chemischen Industrie –Dünger –Styropor –Treibstoffe Meist überhaupt nicht, da die Produkte der chemischen Industrie die Ausgangsmaterialien aller anderen Industrien sind.

4 Catalysis and Technology Mit (heterogener) Katalyse werden über 90% aller Chemikalien hergestellt Ohne Chemikalien gibt es keine –Computer, elektronische Produkte –Speichermedien (CD, MC, HDD) –Medikamente –Kunststoffe (und Folgeprodukte) –Farben und Lacke –Life sciences Ohne Katalyse gibt es keine Mobilität (Treibstoffe)

5 Catalysis and Economy Wirtschaftlich fundamental wichtig: 16 %deutschen BSP (100 G): chemische Industrie (90% Katalyse) (excl. Petrochemie) Weltmarkt Katalysatoren: 10 G (D etwa 10%) Weltmarkt der damit erzeugten Produkte: 500 G Strategische Technologie, etwa 15 Hersteller weltweit, einige nur in-house

6 Catalysis and Chemical Feedstocks

7

8

9

10

11 Catalysis: a mature science?

12 Dept. AC, Fritz-Haber-Institut(MPG), Berlin Catalysis and Science Interdiciplinarity Materials science Physical Chemsitry Surface science EngineeringSynthetic Chemistry Inorganic Catalysis

13 History of Concept Berzelius 1920

14 History of Concept

15 The active site Catalysts are: defective non-equilibrium states under kinetic control (dynamic) They are not: well-ordered static uniform or homogeneous

16 Microstructure of Carbon Nanotubes Before After Temperature 550°C LHSV 0.5 h -1 Excess of O 2 2 times Time 20 h EB- ODH Reaction

17 Surface Science and Catalysis The single crystal approach: well-defined geometrical controlled or absent dynamics but poorly reactive in complex reactions (not studied in surface science) The MODEL systems

18

19

20 Model of a reacting Cu surface: Relevant and Spectating Components 3 oxygen- containing sites in addition to bare Cu metal were identified Sub-surface atomic oxygen is further present

21 Supported Systems The special properties of metal particles in cataylsis become now transparent due to the rigorous particle approach

22 Catalysis: Complexity multi-dimensional space-time problem knowldege of all domains simultaneously required for understanding or even design of a cataylst

23 A cartoon: How works a catalyst? Ein Katalysator enthält eine geringe Anzahl von Aktiven Zentren active sites, welche eine Reaktion herbeiführen können.

24 The Homogeneous Reaction Consider the reaction 2 AB A 2 + B 2 (e.g. NO decomposition) Inert

25 The Heterogeneous Reaction Consider the reaction 2 AB A 2 + B 2 (e.g. NO decomposition)

26 The Catalytic Cycle Intermediates and transition states (not shown) are usually not known Active site

27 Elementary Processes Transport von Stoffen und Energie Adsorption der Edukte auf der Oberfläche Transport zum aktiven Zentrum (Dissoziative) Aktivierung der Eduktmoleküle Zusammentreffen der nötigen Fragmente Elektronentausch, Bildung der Produkte Desorption der Produkte Rückbildung des aktiven Zentrums Transport von Stoffen und Energie

28 The active site Atoms A, B interact differently with the catalyst. Local perturbation of the catalyst from bonding of substrate Range and character will depend on nature of substrate

29 Catalysis: large numbers Wir glauben, daß sich beobachtbare Mengen von chemischen Individuen alle gleich verhalten. Denken Sie an derartige Mengen menschlicher Individuen !? –1 ml Gas enthält etwa 1x10 20 Individuen –1 cm 2 Oberfläche enthält etwa 1x10 15 Atome –Die Weltbevölkerung beträgt etwa 6x10 9 Individuen

30 The active site The chemical complexity of interactions between atoms and elemental substrates can be substantial and essential for the desired function

31 The archetype MvK idea J. Haber, 1991

32 The site isolation concept A series of ordered defects in MoO 3 create site isolation by shear defects (Mo 18 O 52 )

33 Complexity Die rote Untereinheit enthält als aktives Zentrum ein Metallatom, der komplexe Rest dient der räumlichen und chemischen Fixierung des Enzyms und der Adsorption des Eduktes. Trypsin, an enzyme

34 Even simple reactions may be complex NO + CO

35 Structure-Function Relations Å Å The atomic structure of model systems transform ireversibly upon subjecting the model to the desired function no extrapolations from ideal to real states no methods to investigate dynamics no basic understanding of underlying chemistry complexity


Herunterladen ppt "Heterogeneous Catalysis Thoughts and Insights Robert Schlögl."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen