Page - 91 - in Aufklärung der Struktur von Metallclusterionen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung

91 5.3 Palladiumcluster (Pdn−/+, 13 ≤ n ≤ 147) Unter den Katalysatormaterialien gehören die Palladium-basierten zu den am besten untersuchten.154 Die außergewöhnlichen Eigenschaften des Palladiums stellen sich phä- nomenologisch in zahlreichen industrierelevanten Prozessen dar. An Oberflächen hete- rogen geführte Hydrogenierungen von Olefinen oder der Einsatz in der Ammoniaksyn- these sind hier ebenso zu nennen wie eine hohe Reaktivität bei Oxygenierungen (z.B. Abgasbehandlung / CO-Oxidation). Die weite Verbreitung des Materials kann auf die Tatsache zurückgeführt werden, dass Palladium Inkorporation und Adsorption kleiner Moleküle in einem dissoziativen nicht- oder nahezu nicht-aktivierten Weg vermittelt. Eine überzeugende Herangehensweise zur Entwicklung neuer Katalysatoren ist die Analyse bereits bekannter Abläufe. Taylors Vermutung (1925) eines geometrischen Effekts von unterschiedlichen reaktiven Metallzentren an Ecken und Stufenkanten auf Oberflächen ist der bis heute weitverbreitetste Interpretationsansatz.155,156 Oft wird eine experimentelle Untersuchung der Systeme jedoch durch starke Wechselwirkungen und einhergehende Veränderungen des Katalysatorenmaterials wie z.B. Oberflächenrekon- struktionen erschwert. Dies trifft insbesondere auf Nanopartikel zu, von denen man auf- grund ihrer Gestalt mit zahlreichen unvollständig koordinierten Oberflächenatomen eine gesteigerte Reaktivität erwartet und auch beobachten kann.157–159 Nicht zuletzt kann man auf die Vorteile einer höheren Selektivität im Vergleich zu homogenen Katalysen hoffen, da die Oberfläche von Metallclustern wohldefiniertere und aktivere Zentren besitzen kann. Die Charakterisierung der Nanostrukturen in der Gasphase mittels Elektronenbeugung stellt den idealen Ansatz zum Verständnis der besonderen Aktivität von nanokristalli- nem Palladium dar, und wird aufgrund einer wohldefinierten Untersuchungsumgebung ohne Wechselwirkungen mit einem Substrat und einer atomar aufgelösten Clustergröße interpretierbar. Anhand der Daten kann ein Zusammenhang zwischen Geometrie und elektronischen Eigenschaften gesucht werden. Ist dieser Schritt getan, können weitere Versuche gestartet werden, das relativ teure Element zunehmend zu ersetzen, indem die gewünschten Eigenschaften durch ein neues Material imitiert werden. Im Wesentlichen werden drei verschiedene Arten von Systemen untersucht: Palladium- oberflächen, deponierte Palladiumcluster und Cluster in der Gasphase. Die in der Litera- tur gesicherten Erkenntnisse nehmen in aufgeführter Reihenfolge zunehmend ab. An dieser Stelle soll eine kurze auf den letzten Punkt beschränkte Übersicht des Wissen- stands gegeben werden. Da in nahezu allen Studien Reaktivitäten chemischer Reaktio- nen an Oberflächen Gegenstand der Untersuchung sind, wird dieses Forschungsfeld hier