Katalysatoren spalten Nitrat im Trinkwasser auf

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Technische Universität Wien

Röntgenstrahlen und Infrarot

Mit verschiedenen Methoden untersuchte das Team um Karin Föttinger und Marie Curie Stipendiatin Noelia Barrabes am Institut für Materialchemie, wie diese Reaktionen im Detail ablaufen: Mit einem Infrarot-Spektrometer wurde gemessen, welche Spezies von Stickstoffverbindungen an der Katalysatoroberfläche vorliegen. Um die Rolle des Kupfers zu untersuchen, führte das TU-Team hochauflösende Röntgenabsorptions-Messungen am Paul Scherrer Institut in der Schweiz durch. Wichtig ist, in welcher Form das Kupfer während des Prozesses vorliegt: Es kann als reines Kupfer (Cu), oxidiert (Cu₂O oder CuO) oder als Legierung mit Platin oder Palladium vorkommen. „Wir konnten uns direkt unter Reaktionsbedingungen ansehen, in welchen Verbindungen das Kupfer zu den bestimmten Zeitpunkten während der Reaktion vorliegt, diese quantifizieren und mit der gleichzeitig mitgemessenen katalytischen Aktivität korrelieren“, berichtet Karin Föttinger. „Dadurch haben wir nun einen ersten Beweis, dass metallisches Kupfer tatsächlich die entscheidende Rolle für den ersten limitierenden Schritt bei diesem Katalyse-Prozess spielt.“

Durch diese Untersuchungen lässt sich nun auch erklären, warum Palladium einen besseren Erfolg bringt als Platin: „Das oxidierte Kupfer muss möglichst rasch und effizient wieder zum aktiven metallischen Zustand regeneriert werden. Im Palladium kann Wasserstoff auch im Inneren des Kristallgitters eingelagert sein“, sagt Karin Föttinger. „Dieses Hydrid kann dann helfen, Kupfer zu regenerieren.“ Wenn man die Katalyse-Prozesse im Detail versteht, können sich die Methoden weiter verbessern lassen – für eine einfache und sichere Aufbereitung von sauberem, gesunden Trinkwasser.

Die Forschungsarbeit entstand im Rahmen des EU Marie Curie Projektes „Envirocathydro“ und des Spezialforschungsbereichs FOXSI (Functional Oxide Surfaces and Interfaces).

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