Gute Katalysatoren sind wichtig – ganz besonders in klimarelevanten Bereichen, von der CO2-Abscheidung bis hin zu Brennstoffzellen. Prof. Christoph Rameshan vom Institut für Materialchemie der TU Wien forscht an Perowskiten, die sich hervorragend für die Katalyse eignen.

Im Jahr 2017 wurde Christoph Rameshan bereits mit einem hochdotierten ERC-Starting-Grant des European Research Council (ERC) ausgezeichnet, einem der prestigeträchtigsten und höchstdotierten Förderungen der europäischen Forschungslandschaft. Sein Projekt lieferte seither so vielversprechende Ergebnisse, dass er nun eine weitere Finanzierung einwerben konnte: Er bekommt nun auch noch einen „ERC Proof of Concept Grant“ – eine Spezialförderung, mit der die Ergebnisse aus der Grundlagenforschung nun zu einem konkreten, industrietauglichen Anwendungskonzept weiterentwickelt werden sollen.

Nanopartikel auf Kristalloberflächen

Auf den Perowskit-Kristallen, die Christoph Rameshan mit seinem Team untersucht, werden winzige Nanopartikel verankert, die dann bei verschiedenen chemischen Reaktionen als Katalysator dienen. Wie gut diese Nanopartikel-besetzten Kristalloberflächen funktionieren, hängt allerdings von der Mikrostruktur der Oberfläche ab, etwa von der Größe der Partikel, von ihrer räumlichen Verteilung, oder auch von der Art, wie sie an der Oberfläche verankert sind.

In den letzten Jahren gelang es an der TU Wien, diese Eigenschaften während der Herstellung des Katalysators gezielt zu beeinflussen. „Dafür muss man zuerst die Abläufe bei der Entstehung des Katalysators genau verstehen“, sagt Christoph Rameshan. „Wir haben deshalb genau untersucht, wie sich unterschiedliche Parameter auf das Endergebnis auswirken, von der Zusammensetzung des umgebenden Gases bis hin zur elektrischen Spannung, die an die Kristalloberfläche angelegt wird.“ Dadurch kann man nun genau steuern, welche Eigenschaften der Katalysator haben soll.

Ein Gramm – hundert Quadratmeter

Bei Industriepartnern stößt Christoph Rameshan damit bereits jetzt auf großes Interesse – allerdings sind bis zur industriellen Umsetzung noch einige wichtige Schritte nötig. „Zunächst müssen wir es schaffen, die aktive Oberfläche der Katalysatoren zu vergrößern“, sagt Christoph Rameshan. „Ein einziges Gramm des Katalysators soll eine Oberfläche von hundert Quadratmetern haben, um eine möglichst hohe Reaktivität zu ermöglichen.“ Gelingen soll das mit einer neuen Synthesemethode: Mit Hilfe des ERC-Proof-of-Concept-Grants wird es nun möglich, eine neue Apparatur aufzubauen, in der das Ausgangsmaterial in einer heißen Flamme zerstäubt und oxidiert wird. Dabei entstehen viele kleine Nanopartikel mit extrem großer Gesamtoberfläche.

Danach muss das Material in eine Form gebracht werden, in der man es in einem industriellen Reaktor einsetzen kann. „Das sind normalerweise Pellets, die ganz ähnlich aussehen wie die Pellets, die man zum Heizen verwendet“, sagt Christoph Rameshan. „Hier werden wir allerdings noch einige innovative Ideen entwickeln müssen, denn diese Pellets sollen einerseits mechanisch stabil, andererseits aber doch porös genug sein, um eine hohe aktive Oberfläche aufzuweisen.“

Parallel zu diesen Forschungen ist Christoph Rameshan auch dabei, weitere Kontakte zur Industrie zu knüpfen, um Pilotanlagen aufzubauen und bestehende industrielle Prozesse zu verbessern.

Kontakt

Prof. Christoph Rameshan
Institut für Materialchemie
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christoph.rameshan@tuwien.ac.at

Aussender:
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Technische Universität Wien
PR und Marketing
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florian.aigner@tuwien.ac.at