DE19843411A1 - Production of surface decorated substrates - Google Patents
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Abstract
Description
Fein disperse Edelmetallkatalysatoren bilden die Grundlage wichtiger chemischer Verfahren wie die Hydrierung [1], die selektive Oxidation von Alkenen, Alkinen und Aromaten zu Alkoholen, Epoxiden, Ketonen, Aldehyden und Carbonsäuren [2], die Oxidation von CO [3], die Zerlegung von Stickoxiden (NOx) in Stickstoff und ein entsprechendes Oxidationsprodukt (H2O, CO2) [4], die Umsetzung von Methan mit Kohlendioxid zu Synthesegas (CO/H2) [5]. Wichtiges Kriterium für die Aktivität und Selektivität der Katalysatoren ist, daß das Metallteilchen auf einen geeigneten, zumeist oxidischen Träger aufgebracht ist. So ist zum Beispiel reines Gold im Gegensatz zu den Metallen der Platingruppe katalytisch inert, in Verbindung mit einem oxidischen Träger verfügt man hingegen über ein katalytisch hochaktives System. Der Wahl des oxidischen Trägers kommt dabei eine entscheidende Rolle für die Aktivierung und Restrukturierung der katalytisch aktiven Teilchenoberfläche während des Katalysezyklus zu. Die Struktur des Trägers und seine chemische Wechselwirkung mit dem Edelmetall wirkt sich nachhaltig auf Aktivität und Selektivität des Katalysators aus [6]. Die Abscheidung von Platinschichten auf sulfidischen oder oxidischen Trägern mit wohldefinierter Oberflächenstruktur führt zu maßgeschneiderten, hochaktiven Katalysatorsystemen. Zeolithe mit variabler, aber genau definierter Porenstruktur führen zu einer Erhöhung der aktiven Oberfläche und in Verbindung mit dem "richtigen" Edelmetall zu einer Steigerung sowohl der Selektivität als auch der Aktivität [7]. In modernen Dreiwegekatalysatoren wird neben dem Edelmetall (Pt, Pd, Rh) und dem Träger (SiO2, Al2O3) CeO2 als Promotor verwendet, welches den für die Reaktion notwendigen Sauerstoff speichert und freigibt [8]. Gegenüber Katalysatoren ohne Promotoren wird dadurch der katalystische Prozeß entscheidend verbessert.Finely dispersed precious metal catalysts form the basis of important chemical processes such as hydrogenation [1], the selective oxidation of alkenes, alkynes and aromatics to alcohols, epoxides, ketones, aldehydes and carboxylic acids [2], the oxidation of CO [3], the decomposition of Nitrogen oxides (NO x ) in nitrogen and a corresponding oxidation product (H 2 O, CO 2 ) [4], the conversion of methane with carbon dioxide to synthesis gas (CO / H 2 ) [5]. An important criterion for the activity and selectivity of the catalysts is that the metal particle is applied to a suitable, mostly oxidic support. For example, in contrast to the metals of the platinum group, pure gold is catalytically inert, however, in combination with an oxidic carrier, one has a catalytically highly active system. The choice of the oxidic carrier plays a crucial role in the activation and restructuring of the catalytically active particle surface during the catalytic cycle. The structure of the support and its chemical interaction with the precious metal has a lasting effect on the activity and selectivity of the catalyst [6]. The deposition of platinum layers on sulfidic or oxidic supports with a well-defined surface structure leads to tailor-made, highly active catalyst systems. Zeolites with a variable but precisely defined pore structure lead to an increase in the active surface area and, in conjunction with the "right" noble metal, to an increase in both the selectivity and the activity [7]. In modern three-way catalysts, in addition to the noble metal (Pt, Pd, Rh) and the support (SiO 2 , Al 2 O 3 ), CeO 2 is used as a promoter, which stores and releases the oxygen necessary for the reaction [8]. Compared to catalysts without promoters, this significantly improves the catalytic process.
Neben der Oberflächenbeschaffenheit und Art des Trägers spielt im Hinblick auf Verbesserung des katalytischen Prozesses auf die Größe und der Abstand von Edelmetallteilchen eine überaus wichtige Rolle. Unter Verwendung lithographischer Methoden können Metallteilchen von 10-100 nm Größe in geordneter Art und Weise auf ein Substrat aufgebracht werden [9].In addition to the surface quality and type of carrier, plays with regard to Improvement of the catalytic process on the size and distance of Precious metal particles play an extremely important role. Using lithographic Methods can order metal particles of 10-100 nm in size in an orderly manner Substrate can be applied [9].
Eine hohe katalytische Aktivität erreicht man insbesondere mit Teilchengrößen kleiner als 5 nm. Die regelmäßige Anordnung von 1-3 nm großen Edelmetallteilchen auf einem Träger in einem kostengünstigen Verfahren gilt als wichtiges Ziel für die Weiterentwicklung heterogener Katalysatorsysteme. Ein weiteres Ziel ist die kontrollierte Darstellung von Verbundclustern aus der katalytisch aktiven Metallkomponente auf dem Metalloxid, wobei die relativen Anteile systematisch variiert werden können.A high catalytic activity is achieved in particular with particle sizes smaller than 5 nm. The regular arrangement of 1-3 nm large precious metal particles on a carrier in A cost-effective process is an important goal for further development heterogeneous catalyst systems. Another goal is the controlled display of Compound clusters from the catalytically active metal component on the metal oxide, wherein the relative proportions can be varied systematically.
Die in der vorliegenden Erfindung beschriebenen mizellaren Systeme aus amphiphilen Blockcopolymeren erlauben die geordnete Abscheidung kleinster, katalytisch hochaktiver Metallteilchen auf einem nahezu beliebigen Substrat.The amphiphilic micellar systems described in the present invention Block copolymers allow the orderly separation of the smallest, more catalytically active Metal particles on almost any substrate.
Für die Abscheidung von "nackten" Metall/Metalloxid-Clustern werden die metallsalzhaltigen Mizellen in Form eines ultradünnen Films auf dem gewählten Substrat aufgebracht, anschließend wird die Polymerhülle durch die Behandlung mit einem Sauerstoffplasma, durch Abbrennen in einer sauerstoffreichen Atmosphäre, durch Pyrolyse oder auch unter reduzierenden Bedingungen, z. B. in einem Wasserstoffplasma selektiv entfernt (Schema 1).For the deposition of "bare" metal / metal oxide clusters, those containing metal salts are used Micelles applied in the form of an ultra-thin film on the selected substrate, then the polymer shell is treated by treatment with an oxygen plasma Burn off in an oxygen-rich atmosphere, by pyrolysis or under reducing conditions, e.g. B. selectively removed in a hydrogen plasma (Scheme 1).
Bei dieser Behandlung wird die Übergangsmetallverbindung zum elementaren Metall oder unter oxidierenden Bedingungen zum metalloxidischen Teilchen umgesetzt. Die thermische Reduktion oder Umsetzung von Edelmetallverbindungen in Sauerstoffatmosphäre erzeugt eine ähnlich enge Teilchenverteilung wie das Abbrennen des Polymers mittels des oben beschriebenen Plasmaprozesses (Abb. 1).In this treatment, the transition metal compound is converted to the elemental metal or, under oxidizing conditions, to the metal oxide particle. The thermal reduction or conversion of noble metal compounds in an oxygen atmosphere produces a similarly narrow particle distribution as the burning of the polymer by means of the plasma process described above ( Fig. 1).
Nach dem oben beschriebenen Verfahren können Gold-, Platin-, Palladium-, Titandioxid-, Eisenoxid- und Cobaltoxidcluster verschiedener Größe hergestellt werden. Die Belegungsdichte wird durch das Molekulargewicht der amphiphilen Blockcopolymere, die Größe der Teilchen sowohl durch den Polymerisationsgrad des mizellkernbildenden Blocks als auch durch die Beladungsmenge mit einer metallischen Vorstufe in Lösung eingestellt. Hierbei bewegt man sich zwischen Teilchendurchmessern von 1 und 20 nm und einem Teilchen-Teilchenabstand von 20 und 200 nm. Die Einheitlichkeit der Cluster und die regelmäßige Anordnung wird durch die homogene Verteilung der Salze in Lösung auf die Mizellen und durch die einheitliche Größenverteilung der Zweiblockcopolymermizellen erzielt.According to the process described above, gold, platinum, palladium, titanium dioxide, Iron oxide and cobalt oxide clusters of different sizes can be produced. The The density is determined by the molecular weight of the amphiphilic block copolymers Size of the particles both by the degree of polymerization of the micelle nucleus-forming block and also adjusted by the amount of loading with a metallic precursor in solution. Here one moves between particle diameters of 1 and 20 nm and one Particle-particle distance of 20 and 200 nm. The uniformity of the clusters and the regular arrangement is due to the homogeneous distribution of the salts in solution on the Micelles and the uniform size distribution of the two-block copolymer micelles achieved.
Die auf diesem Wege hergestellten Nanoteilchen zeichnen sich neben ihrer hohen Einheitlichkeit auch durch ihre Temperaturbeständigkeit aus. Bei der Temperung von 13 nm hohen Goldteilchen wird bis 800°C keine Höhenabnahme beobachtet. Bei T=800°C wird anfänglich eine Reorganisation der Teilchen beobachtet, die Nanopartikel werden scheinbar kleiner (8 nm). Danach nimmt die Höhe der Teilchen bei vier-, acht- und zwölfstündiger Temperung nicht weiter ab. Dies konnte durch SFM-Untersuchungen gezeigt werden.The nanoparticles produced in this way stand out in addition to their high Uniformity is also characterized by its temperature resistance. At the tempering of 13 nm high gold particles, no decrease in height is observed up to 800 ° C. At T = 800 ° C a reorganization of the particles is initially observed, the nanoparticles become apparent smaller (8 nm). After that, the height of the particles increases at four, eight, and twelve hours Annealing does not decrease further. This could be shown by SFM investigations.
Im Falle von Platinnanoteilchen wurde ein ähnliches Verhalten beobachtet, nur daß hier bereits bei T=600°C eine Reorganisation der Teilchen gefunden wird.Similar behavior was observed in the case of platinum nanoparticles, only that here a reorganization of the particles is already found at T = 600 ° C.
Neben der hohen chemischen Belastbarkeit wird auch eine hohe chemische Resistenz der Nanopartikel beobachtet. Ist die Teilchenbildung vollzogen, sind die Nanocluster gegenüber schwefelsauren oder chloridhaltigen Lösungen stabil. Dies eröffnet für chemische Umsetzungen an diesen Nanoedelmetallclustern neue Perspektiven.In addition to the high chemical resistance, a high chemical resistance of the Nanoparticles observed. When the particle formation is complete, the nanoclusters are opposite sulfuric acid or chloride-containing solutions stable. This opens up for chemical Implementations on these nano-precious metal clusters new perspectives.
Blockcopolymermizellen können auch mit unterschiedlichen metallischen Salzen in Lösung beladen werden. Diese Mischsysteme werden in die Mizellen hochdispers eingebaut, wie mittels Elektronenenergieverlust-Spektroskopie nachgewiesen wurde. Jede Mizelle ist homogen mit beiden anorganischen Komponenten beladen. Die Abscheidung der Hybridsysteme und die anschließende Gasplasmabehandlung gelingt wie beschrieben und es resultieren "nackte", hochdisperse Mischcluster wie z. B. Au/TiO2, Au/Fe2O3 oder Au/Co3O4 auf verschiedenen Substraten. Kraftmikroskopische Aufnahmen von monomizellaren Filmen nach einer Gasplasmabehandlung zeigen regelmäßig geordnete und gleichgroße Nanocluster, wie in Abb. 5 dargestellt.Block copolymer micelles can also be loaded with different metallic salts in solution. These mixing systems are built into the micelles in a highly dispersed manner, as has been demonstrated by means of electron energy loss spectroscopy. Each micelle is loaded homogeneously with both inorganic components. The separation of the hybrid systems and the subsequent gas plasma treatment succeed as described and the result is "bare", highly disperse mixed clusters such as. B. Au / TiO 2 , Au / Fe 2 O 3 or Au / Co 3 O 4 on different substrates. Force micrographs of monomicellar films after gas plasma treatment regularly show ordered and equally sized nanoclusters, as shown in Fig. 5.
Ein wichtiger Anwendungsbereich für Edelmetalle, aufgebracht auf Metalloxide (Au/TiO2, Au/Fe2O3, Pt/Al2O3 oder Au/Co3O4) ist die Oxidationskatalyse von CO zu CO2 [12]. Dieser Prozeß ist u. a. in der Brennstoffzellentechnologie von Bedeutung [13]. Der zur Reaktion notwendige Sauerstoff wird vom oxidischen Trägermaterial geliefert, der somit die Funktion eines Promotors einnimmt. Die Katalyse findet an der Grenzfläche Edelmetall/oxidischer Träger statt. Insbesondere bei Brennstoffzellen, welche mit Methanol betrieben werden, wird der Wasserstoff durch den sogenannten "steam-reforming-Prozeß" erhalten [14]. Es entsteht zu 75% Wasserstoff, zu 25% Kohlendioxid und in Spuren Kohlenmonoxid. Der Restgehalt an Kohlenmonoxid vergiftet hierbei die Anodenkatalysatoren. Deshalb muß der CO-Gehalt durch selektive Oxidation zu CO2 vermindert werden [15].An important area of application for precious metals applied to metal oxides (Au / TiO 2 , Au / Fe 2 O 3 , Pt / Al 2 O 3 or Au / Co 3 O 4 ) is the oxidation catalysis of CO to CO 2 [12]. This process is important, among other things, in fuel cell technology [13]. The oxygen required for the reaction is supplied by the oxidic carrier material, which thus acts as a promoter. The catalysis takes place at the precious metal / oxide support interface. Particularly in the case of fuel cells which are operated with methanol, the hydrogen is obtained by the so-called "steam reforming process" [14]. It produces 75% hydrogen, 25% carbon dioxide and traces of carbon monoxide. The remaining carbon monoxide poisoned the anode catalysts. Therefore the CO content has to be reduced by selective oxidation to CO 2 [15].
Generell wird eine hohe katalytische Aktivität bei geringem Edelmetallverbrauch angestrebt. Dies wird durch die Verwendung kleinster Teilchen und damit einer erhöhten aktiven Oberfläche und in der heterogenen Katalyse durch eine maximale Grenzfläche zwischen Edelmetall und Metalloxid erreicht. In general, high catalytic activity with low precious metal consumption is sought. This is due to the use of tiny particles and thus an increased active Surface and in heterogeneous catalysis by a maximum interface between Precious metal and metal oxide reached.
Der spezifische Katalysator hat großen Einfluß auf die Aktivierungsenergie der Oxidation. Au/Fe2O3 oder Au/TiO2 zeigen bei ca. 80°C die gleiche katalytische Aktivität und Selektivität wie Pt/Al2O3 bei 150-200°C [16]. Insbesonders bei Methanol-Brennstoffzellen ist eine Aktivierungstemperatur unter 100°C grundlegend.The specific catalyst has a great influence on the activation energy of the oxidation. Au / Fe 2 O 3 or Au / TiO 2 show the same catalytic activity and selectivity at approx. 80 ° C as Pt / Al 2 O 3 at 150-200 ° C [16]. In particular with methanol fuel cells, an activation temperature below 100 ° C is essential.
Edelmetallteilchen spielen nach der Hydrierung auch als Oxidationskatalysatoren eine gewichtige Rolle. Die Oxidation von Ethylen mit molekularem Sauerstoff an Silberkolloiden wird technisch zur Herstellung von Ethylenoxid verwendet [17]. Als Promotor werden Salze der Alkali- (bevorzugt Cäsiumverbindungen) bzw. Erdalkalimetalle eingesetzt [18]. Dieser Prozeß ist auf das System Ethylen → Ethylenoxid beschränkt und bislang nicht auf längerkettige Alkene anwendbar. Dies erscheint erst mit Katalysatorsystemen vom Typ Metall/Metalloxid auch für längerkettige Alkene aussichtsreich [19].Precious metal particles also act as oxidation catalysts after the hydrogenation important role. The oxidation of ethylene with molecular oxygen on silver colloids is used industrially for the production of ethylene oxide [17]. Salts are used as promoters of alkali (preferably cesium compounds) or alkaline earth metals [18]. This The process is limited to the ethylene → ethylene oxide system and has not so far been restricted to longer-chain alkenes can be used. This only appears with type catalyst systems Metal / metal oxide also promising for long-chain alkenes [19].
So wurden mit der Kombination von nanodispersem Gold auf TiO2 zahlreiche gesättigte Kohlenwasserstoffe zu Alkoholen/Ketonen und ungesättigten Kohlenwasserstoffen zu Epoxiden in hoher Ausbeute und Selektivität umgesetzt. In der aufgeführten Patentschrift wurde die Präparation des Katalysators konventionell nach der Koprezipitationsmethode durchgeführt [19].With the combination of nanodispersed gold on TiO 2, numerous saturated hydrocarbons to alcohols / ketones and unsaturated hydrocarbons to epoxides were converted in high yield and selectivity. In the listed patent, the preparation of the catalyst was carried out conventionally using the coprecipitation method [19].
Bei Aufbringen der mizellstabilisierten Edelmetallteilchen auf einem oxidischen Träger (z. B. SiO2) gelangt man zu heterogenen Katalysatoren, welche sich gegenüber homogenen Systemen durch höhere Stabilität, Aktivität und Selektivität auszeichnen.When the micelle-stabilized noble metal particles are applied to an oxidic support (e.g. SiO 2 ), heterogeneous catalysts are obtained which are distinguished by higher stability, activity and selectivity compared to homogeneous systems.
Grundsätzlich neu sind Metall/Metalloxidverbundteilchen auf der Basis von
Blockcopolymermizellen, insbesonders Au/TiO2 und Au/Fe2O3 mit der Zielsetzung der
Epoxidierung
Basically new are metal / metal oxide composite particles based on block copolymer micelles, in particular Au / TiO 2 and Au / Fe 2 O 3 with the objective of epoxidation
sowie der Oxidationsreaktion von CO zu CO2, welche vor allem in Brennstoffzellen und Verbrennungsmotoren hohe technische und ökologische Relevanz aufweist. Dabei wird eine hohe katalytische Aktivität bei geringem Edelmetallverbrauch angestrebt. Durch den Ansatz mit Blockcopolymermizellen kann die Teilchengröße, der Partikel-Partikel-Abstand und die daraus reslutierende aktive Oberfläche genau eingestellt werden. Durch die rückstandsfreie Entfernung des Polymers und gleichzeitige Umwandlung der Metallsalze durch den Gasplasmaprozeß resultieren wohldefinierte Metall/Metalloxidverbundsysteme auf verschiedenen Substraten, wie Glimmer, Glas oder Quarz.as well as the oxidation reaction of CO to CO 2 , which is of high technical and ecological relevance, especially in fuel cells and internal combustion engines. The aim is high catalytic activity with low consumption of precious metals. The approach with block copolymer micelles allows the particle size, the particle-particle distance and the resulting active surface to be precisely adjusted. The residue-free removal of the polymer and simultaneous conversion of the metal salts through the gas plasma process result in well-defined metal / metal oxide composite systems on various substrates, such as mica, glass or quartz.
Um eine gute Filmbildung zu erreichen, werden die Mizellen auf einem atomar planaren Substrat aufgebracht. Dies ist in folgendem Schema aufgetragen.To achieve good film formation, the micelles are placed on an atomic planar Substrate applied. This is shown in the following scheme.
In Modellversuchen werden als Träger Mikroglas- oder Mikroquarzkugeln mit glatter Oberfläche eingesetzt. Für die Mikrokugeln ist die spezifische Oberfläche des Trägers und die Menge an Edelmetall gut berechenbar. Allerdings ist der Gewichtsanteil an Edelmetall kleiner als für herkömmliche Pulverkatalysatoren üblich.In model experiments, micro glass or micro quartz spheres with a smoother surface are used as carriers Surface used. For the microspheres, the specific surface area of the carrier and the The amount of precious metal is predictable. However, the proportion by weight of precious metal is smaller than usual for conventional powder catalysts.
In Abhängigkeit der Größe der Glaskugeln ergeben sich unterschiedliche Werte für die Menge an Edelmetall, die für den katalytischen Prozeß zur Verfügung steht. Üblicherweise sind für Katalysatoren auf Basis Palladium/Träger Werte von 1-10 wt% Edelmetall Standard. Im Ansatz mit Blockcopolymermizellen ist ein so hoher Gehalt an Edelmetall nicht erreichbar, aber auch nicht zwingend notwendig, da sich Größe und Abstand der Nanoteilchen mit diesem Konzept genau einstellen lassen. Dadurch wird auch bei niedrigerer Edelmetallmenge eine gleiche oder zumindest ähnliche katalytische Aktivität erwartet. Depending on the size of the glass balls, there are different values for the Amount of precious metal that is available for the catalytic process. Usually are values of 1-10 wt% noble metal standard for catalysts based on palladium / support. In the approach with block copolymer micelles, there is no such high content of precious metal achievable, but also not absolutely necessary, because the size and distance of the nanoparticles with this concept set exactly. This will also lower it Amount of noble metal expected an identical or at least similar catalytic activity.
1. In einem Minireaktor soll die Epoxidierung, ausgehend von C6 bis C8-Alkenen untersucht werden. Als Katalysator fungieren auf Perlglanzpigmenten Goldchlorid/Eisenchlorid-gefüllte Blockcopolymermizellen, welche durch den oben dargestellten Gasplasmaprozeß in ein hochaktives Hybridsystem (Gold/Eisenoxid) umgesetzt werden können. Die Pigmente verfügen über eine sehr glatte äußere Oberfläche und einen kleinen Durchmesser, was zu einer genügend hohen spezifischen Oberfläche führt. Der Katalysator wird aufgeschlämmt und molekularer Sauerstoff direkt in das System Edukt/Lösungsmittel/Katalysator eingeblasen. Die Selektivität der Reaktion soll infrarotspektroskopisch nachgewiesen werden.1. In a mini-reactor, the epoxidation should be investigated, starting from C 6 to C 8 alkenes. Gold chloride / iron chloride-filled block copolymer micelles act on pearlescent pigments, which can be converted into a highly active hybrid system (gold / iron oxide) by the gas plasma process described above. The pigments have a very smooth outer surface and a small diameter, which leads to a sufficiently high specific surface. The catalyst is slurried and molecular oxygen is blown directly into the educt / solvent / catalyst system. The selectivity of the reaction is to be demonstrated by infrared spectroscopy.
2. Die Oxidationskatalyse von CO zu CO2 soll mit einem auf Mikroglaskugeln oder -perlen abgeschiedenen Verbundsystem untersucht werden. Als Katalysatoren fungieren analog Punkt 1) Gold/Eisenoxid oder Gold/Cobaltoxid-Hybridsysteme. Auch hier sind Substrate mit glatter Oberfläche und kleinem Durchmesser (ca. 100 µm) notwendig, da hierauf im Gegensatz zu in herkömmlichen Katalysatorprozessen verwendeten porösen Pulvermaterialien die Abscheidung der Mizellen in wohldefinierter Art und Weise gelingt. Der Katalysator soll in ein temperierbares Glasrohr eingeschlossen und das Reaktionsgas daran vorbeigeführt werden. Die Detektion erfolgt über einen hinterhergeschalteten Gaschromatograph.2. The oxidation catalysis from CO to CO 2 is to be investigated with a composite system deposited on micro glass balls or beads. Analogous to point 1), gold / iron oxide or gold / cobalt oxide hybrid systems act as catalysts. Here, too, substrates with a smooth surface and small diameter (approx. 100 µm) are necessary, since in contrast to porous powder materials used in conventional catalyst processes, the micelles can be separated in a well-defined manner. The catalyst is to be enclosed in a temperature-controlled glass tube and the reaction gas is to be led past it. The detection takes place via a gas chromatograph connected downstream.
- (i) Darstellung katalytisch aktiver Teilchen wie Pt, Pd und Au in Verbindung mit einem geeigneten Metalloxid wie TiO2, ZrO2, Fe2O3 oder Co3O4 mit definierter Größenverteilung in einem Größenbereich von 1 bis 20 nm Durchmesser durch Ätzung, Pyrolyse, Oxidation oder Reduktion von polymeren Kern-Schale-Teilchen, insbesonders Block- und Pfropfcopolymere, die zu mizellaren Kern-Schalesystemen in Lösung assoziiert sind, wobei deren Kern mit geeigneten anorganischen Ausgangsverbindungen beladen ist, wie z. B. HAuCl4, Men+Cln (Me = Titan, Zirkonium, Eisen oder Kobalt), Zeise Salz (K[Pt[C2H4]Cl3]) oder Pd(OAc)2.(i) representation of catalytically active particles such as Pt, Pd and Au in connection with a suitable metal oxide such as TiO 2 , ZrO 2 , Fe 2 O 3 or Co 3 O 4 with a defined size distribution in a size range from 1 to 20 nm diameter by etching, Pyrolysis, oxidation or reduction of polymeric core-shell particles, in particular block and graft copolymers, which are associated to micellar core-shell systems in solution, the core of which is loaded with suitable inorganic starting compounds, such as, for. B. HAuCl 4 , Me n + Cl n (Me = titanium, zirconium, iron or cobalt), Zeise salt (K [Pt [C 2 H 4 ] Cl 3 ]) or Pd (OAc) 2 .
- (ii) Einsatz von Blockcopolymeren, Pfropfcopolymeren, die in geeigneten Lösungsmitteln zu mizellaren Kern-Schalesystemen assoziieren, sowie von hochverzweigten dendritischen Molekülen mit einer Kern-Schale-Struktur für die unter (i) genannten Zielsetzungen. (ii) Use of block copolymers, graft copolymers, in suitable solvents associate to micellar core shell systems, as well as from highly branched dendritic Molecules with a core-shell structure for the objectives mentioned under (i).
- (iii) Der Einsatz von Ausgangsverbindungen, deren Kern von Systemen aus (ii) beladen werden kann und welche durch die unter (i) aufgeführten Pyrolyse, Ätz-, Oxidations- oder Reduktionsprozeß in katalytisch aktive Teilchen wie Platinmetalle oder katalytisch aktive Verbundsysteme (Edelmetall/Metalloxid) mit definierter Größenverteilung überführt werden.(iii) The use of starting compounds whose core is loaded by systems from (ii) can be and which by the pyrolysis, etching, oxidation or under (i) Reduction process in catalytically active particles such as platinum metals or catalytically active Compound systems (precious metal / metal oxide) with a defined size distribution can be transferred.
- (iv) Die Abscheidung der unter (ii)-(iv) beschriebenen beladenen Kern-Schale-Teilchen in Mono- und Multischichten durch Tauch-, Gieß-, Spinschleuderprozesse oder durch Adsorption aus verdünnter Lösung auf planaren ebenen Substraten wie Glimmerplättchen (Länge < 15 µm) und auf planaren gekrümmten Oberflächen wie Mikroglas- und Mikroquarzkugeln (Durchmesser 1 bis 50 µm).(iv) The deposition of the loaded core-shell particles described under (ii) - (iv) in mono and multi-layers by immersion, casting, spin-spin processes or by Adsorption from dilute solution on planar flat substrates such as mica flakes (Length <15 µm) and on planar curved surfaces such as micro glass and Micro quartz balls (diameter 1 to 50 µm).
- (v) Die Ätzung der unter (iv) beschriebenen, mit Polymerfilmen beschichteten Substraten durch reaktive Plasmen wie Sauerstoff oder Wasserstoff, und durch Pyrolyse.(v) The etching of the substrates described under (iv) and coated with polymer films by reactive plasmas such as oxygen or hydrogen, and by pyrolysis.
-
(vi) Die Testung der nach den in (v) aufgeführten Ätzprozessen resultierenden
Metallcluster bzw. Metall/Metalloxid-Verbundcluster hinsichtlich ihrer katalytischen Aktivität
in ausgewählten Modellreaktionen.
- a) Epoxidierung, ausgehend von C6-C8-Alkenen
- b) Oxidationskatalyse (CO → CO2)
- a) Epoxidation, starting from C 6 -C 8 alkenes
- b) Oxidation catalysis (CO → CO 2 )
Literatur:
Literature:
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Fig. 1: Kraftmikroskopische Aufnahme von 8 nm hohen Au-Nanoclustern auf Glas nach thermischer Behandlung eines mizellaren Polymerfilms in Sauerstoffatmosphäre (T = 200°C, p(O2) = 0,5 bar, t = 120 min). Die Länge einer Bildkante entspricht 1 µm. Fig. 1: Force micrograph of 8 nm high Au nanoclusters on glass after thermal treatment of a micellar polymer film in an oxygen atmosphere (T = 200 ° C, p (O 2 ) = 0.5 bar, t = 120 min). The length of an image edge corresponds to 1 µm.
Fig. 2: Kraftmikroskopische Aufnahmen von nackten Edelmetallclustern auf
unterschiedlichen Substraten:
Fig. 2: Force micrographs of bare precious metal clusters on different substrates:
- a) ∅Pt = 7 nm auf Quarzglas;a) ∅ Pt = 7 nm on quartz glass;
- b) ∅Pd = 5 nm auf Glimmer;b) ∅ Pd = 5 nm on mica;
- c) ∅Au = 8 nm auf Glasc) ∅ Au = 8 nm on glass
Fig. 3: Kraftmikroskopische Aufnahmen von Goldclustern auf Quarzglas.
Fig. 3: Force micrographs of gold clusters on quartz glass.
- a) 13 nm hohe Cluster nach der Sauerstoffplasmabehandlung;a) 13 nm high Clusters after oxygen plasma treatment;
- b) 13 nm hohe Cluster nach vierstündiger Temperung unter normaler Atmosphäre bei 600°C;b) 13 nm high clusters after four hours Tempering under normal atmosphere at 600 ° C;
- c) 8 nm hohe Goldpartikel nach vierstündiger Temperung unter normaler Atmosphäre bei 800°C.c) 8 nm high gold particles after four-hour tempering under normal atmosphere at 800 ° C.
Die Länge einer Bildkante entspricht 1,75 µm.The length of a picture edge corresponds 1.75 µm.
Fig. 4: Kraftmikroskopische Aufnahmen von nackten Platinclustern auf Quarzglas.
Fig. 4: Force micrographs of bare platinum clusters on quartz glass.
- a) 12 nm hohe Platincluster nach der Sauerstoffplasmabehandlung;a) 12 nm high platinum cluster after the oxygen plasma treatment;
- b) 12 nm hohe Platinnanopartikel nach vierstündiger Temperung unter normaler Atmosphäre bei 400°C;b) 12 nm high Platinum nanoparticles after tempering for four hours under normal atmosphere at 400 ° C;
- c) 6 nm hohe Teilchen nach vierstündiger Temperung unter normaler Atmosphäre bei 600°C.c) 6 nm high particles after tempering for four hours under normal atmosphere at 600 ° C.
Die Länge einer Bildkante entspricht 1,75 µm.The length of an image edge corresponds to 1.75 µm.
Fig. 5: Kraftmikroskopische Aufnahmen von Gold/Metalloxid-Hybridsystemen auf
Glas.
Fig. 5: Force micrographs of gold / metal oxide hybrid systems on glass.
- a) 5 nm hohe Gold/Titandioxid-;a) 5 nm high gold / titanium dioxide;
- b) 5 nm hohe Gold/Kobaltoxid-;b) 5 nm high gold / cobalt oxide;
- c) 5 nm hohe Gold/Eisenoxidcluster nach der Sauerstoffbehandlung.c) 5 nm high Gold / iron oxide cluster after oxygen treatment.
Die Länge einer Bildkante entspricht 1 µm.The length of an image edge corresponds to 1 µm.
Fig. 6: Fig. 6:
Fig. 7: schematische Darstellung der Dimensionen Mizelle (Metallcluster) ⇔ Mikroglaskugel (obere Kugel: vor der Entfernung der Polymerhülle (untere Kugel: nach der Entfernung der Polymerhülle). Fig. 7: schematic representation of the dimensions micelle (metal cluster) ⇔ micro glass ball (upper ball: before removal of the polymer shell (lower ball: after removal of the polymer shell).
Claims (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2013013831A1 (en) * | 2011-07-27 | 2013-01-31 | Max-Plank-Gesellschaft Zur Förderung Der Wissenschaften E. V. | A substrate surface structured with thermally stable metal alloy nanoparticles, a method for preparing the same and uses thereof, in particular as a catalyst |
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1998
- 1998-09-19 DE DE19843411A patent/DE19843411A1/en not_active Withdrawn
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CN101014421B (en) * | 2004-09-10 | 2010-10-27 | 马克思-普朗克科学促进协会 | Surface-structured substrate and production thereof |
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WO2013013831A1 (en) * | 2011-07-27 | 2013-01-31 | Max-Plank-Gesellschaft Zur Förderung Der Wissenschaften E. V. | A substrate surface structured with thermally stable metal alloy nanoparticles, a method for preparing the same and uses thereof, in particular as a catalyst |
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