PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006024080A1 29.11.2007
Titel Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormaterials und Katalysatorvorrichtung
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Henneken, Lothar, 71638 Ludwigsburg, DE
DE-Anmeldedatum 23.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006024080
Offenlegungstag 29.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse B01J 37/02(2006.01)A, F, I, 20060523, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B01J 35/10(2006.01)A, L, I, 20060523, B, H, DE   
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormaterials auf einem Festkörper-Träger vorgeschlagen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mit einem Chemical-Fluid-Deposition-Verfahren das Katalysatormaterial auf dem Festkörper-Träger abgeschieden wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Katalysatorvorrichtung.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Für die Behandlung von Verbrennungsprodukten beziehungsweise Abgasen einer motorischen Verbrennung, welche beispielsweise bei industriellen Prozessen beziehungsweise bei der Verbrennung von zum Beispiel fossilen Brennstoffen entstehen, werden Behandlungsvorrichtungen mit entsprechenden Filtern bzw. Katalysatoren eingesetzt. Mit den Behandlungsvorrichtungen sollen sowohl partikuläre, flüssige und gasförmige Bestandteile beziehungsweise Schadstoffe der Verbrennungsprodukte eliminiert werden.

Beispielsweise kommen bei der Abgasbehandlung von Abgasen, welche bei einer Verbrennung von Dieselbrennstoff entstehen, sogenannte Dieselpartikelfilter zum Einsatz. Häufig handelt es sich um Keramikfilter zum Beispiel auf Cordierit- oder Siliciumcarbid-Basis, mit welchen durch eine zirkulierende bzw. turbulente Luftströmung es den Feinstpartikeln ermöglicht wird, sich auf dem Keramikfilter abzusetzen. Allerdings führt diese Partikelablagerung zu einer Erhöhung des Gegendruckes und zu einer Verringerung der Filterdurchströmung. Ein regelmäßiger Abbrand von Ablagerungen auf Oberflächen des Keramikfilters ist daher notwendig. Um die Abbrandtemperatur von Ruß, die z.B. bei unter ca. 700 Grad Celsius liegt, herabzusetzen, werden Maßnahmen zur katalytischen Aktivierung eingesetzt. So werden vielfach Edelmetalle wie beispielsweise Palladium, Platin oder Rubidium im sogenannten Wash-Coating-Verfahren auf den Keramikfilter aufgebracht. Durch diese Edelmetalle werden zunächst vorhandene Stickoxide (NOx) mit Luftsauerstoff zu Stickstoffdioxid (NO2) aufoxidiert, welches sich anschließend mit den partikulären Verbrennungsprodukten bzw. dem Dieselruß (Ruß-C) gemäß nachfolgender Gleichung (1) insbesondere zu Kohlendioxid (CO2) und NO2 umsetzt. Durch die Katalysatoren soll dies bei relativ niedrigeren Temperaturen um ca. 300 Grad Celsius erfolgen. 2 NO + O2 → 2 NO2 (1) Ruß-C + 2NO2 → CO2 + NO2 (2)

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung eines Katalysatormaterials auf einem Festkörper-Träger unter wirtschaftlichen beziehungsweise technischen Gesichtspunkten weiter zu verbessern beziehungsweise eine Katalysatorvorrichtung bereitzustellen, welche vergleichsweise kostengünstig und effektiv zur Verfügung gestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1, 11 und 12 gelöst.

Durch die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Varianten der Erfindung aufgezeigt.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht zunächst aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormaterials auf einem Festkörper-Träger. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt darin, dass mit einem Chemical-Fluid-Deposition-Verfahren das Katalysatormaterial auf dem Festkörper-Träger abgeschieden wird. Mit dem Chemical-Fluid-Deposition-Verfahren, nachfolgend als CFD-Verfahren bezeichnet, ist es möglich, Oberflächen des Festkörper-Trägers effektiv und insbesondere mit einer gewünschten Schichtdicke und Schichtform bzw. einer erforderlichen Beschichtungsqualität mit dem Katalysatormaterial zu versehen. Denn beim CFD-Verfahren kann z.B. ein poröser Festkörper-Träger aus keramischem Material vollständig von einem für das CFD-Verfahren verwendeten überkritischen Fluid durchströmt bzw. mit diesem getränkt werden. Insbesondere können nahezu sämtliche Bereiche bzw. Teiloberflächen des Festkörper-Trägers von dem Fluid und damit dem darin vorhandenen Beschichtungsmaterial erreicht werden. Vorteilhafterweise kann zudem mit einer hohen Katalysatormaterial-Ausnutzung bzw. ohne einen nennenswerten Verlust des Katalysatormaterials beim Aufbringen auf den Festkörper-Träger gearbeitet werden. Auf diese Weise können nahezu sämtliche für eine Beschichtung mit dem Katalysatormaterial maßgeblichen Oberflächen und insbesondere auch innere Oberflächen bzw. Kanäle und Porositäten des Festkörpers mit dem Katalysatormaterial beschichtet werden, wenn z.B. ein poröser Festkörper-Träger vorliegt.

Ein wesentlicher Vorteil liegt auch darin, dass mit dem CFD-Verfahren ein Verstopfen von Öffnungen und Porositäten des Festkörper-Trägers vermieden werden kann. Auch ein Blockieren von freien Oberflächen des Festkörper-Trägers durch insbesondere einen ungerichteten Auftrag des Katalysatormaterials kann ausgeschlossen werden.

Denn beim Wash-Coating-Verfahren eines porösen Festkörper-Trägers mit Kanälen, was insbesondere dei Partikelfiltern erforderlich ist, können von den wässrigen Metallsalzlösungen regelmäßig Teile der freien Oberflächen des Festkörper-Trägers durch die hohe Oberflächenspannung der Metallsalzlösung nicht benetzt bzw. durch ungerichteten Salzauftrag blockiert werden. So können erhebliche Anteile von freien Querschnitten der Kanäle im Festkörper-Träger je nach Porosität über 25 % bis zu 50 % verringert werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorgehen lässt sich vorteilhafterweise eine höhere Produzierbarkeit für beispielsweise eine Massenfertigung des Katalysatormaterials auf Festkörper-Trägern erzielen. Insbesondere wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem vergleichsweise geringen Katalysator-Materialeinsatz eine sehr große katalytisch wirksame Oberfläche durch die Implantation von Katalysatormaterial auf Oberflächen beziehungsweise in Porositäten des Festkörper-Trägers erreicht. Insbesondere können die aufgebrachten Katalysatormaterialien, wie beispielsweise Edelmetalle, in sogenannten Nanoclustern auf dem Festkörper aufgebracht werden. Beispielsweise können die Nanocluster Dimensionen von ca. 200 Nanometer zeigen.

Weiter wird vorgeschlagen, dass das CFD-Verfahren mit Kohlendioxid erfolgt, das in einen überkritischen Zustand gebracht und mit einer Katalysator-Vorläufersubstanz zusammengebracht wird. Mit dem CFD-Verfahren mit überkritischen Kohlendioxid als Grundsubstanz ist es möglich, nahezu die gesamten äußeren und inneren Oberflächen des Festkörper-Träger mit dem Katalysatormaterial zu benetzen. Überkritisches Kohlendioxid, was sich bei Erreichen von 31,1 Grad Celsius und 73,8 bar einstellt, zeichnet sich insbesondere durch eine extrem niedrige Viskosität und Oberflächenspannung aus. Gleichzeitig weist es eine relativ sehr gute Löslichkeit und Stofftransporteigenschaft für Katalysator-Vorläufersubstanzen auf. Durch die Gaseigenschaften des überkritischen Kohlendioxids kann der Festkörper-Träger beziehungsweise ein poröser Trägerkörper vom überkritischen Kohlendioxid durchströmt werden, was für eine vorteilhafte Ausbildung beziehungsweise Beladung der so erreichten Oberflächen des Festkörper-Trägers mit Katalysatormaterial Vorraussetzung ist. Das CFD-Verfahren bzw. die hochwertige und gleichmäßige Beladung der Festkörper-Trägeroberflächen kann außerdem durch die ausgezeichnete Löslichkeit der Katalysator-Vorläufersubstanz im überkritischen Kohlendioxid und durch die hohe Stofftransporteigenschaft des überkritischen Kohlendioxids für bestimmte Katalysator-Vorläufersubstanzen vorteilhaft erfolgen. Die Katalysator-Vorläufersubstanz enthält neben der eigentlichen katalytisch wirksamen Komponente einen weiteren Bestandteil. Nach dem CFD-Verfahren und der teilweisen Zersetzung der Katalysator-Vorläufersubstanz bleibt lediglich die katalytisch wirksamen Komponente der Katalysator-Vorläufersubstanz auf dem Festkörper-Träger zurück, was weiter unten noch näher erläutert wird.

Bevorzugt findet das CFD-Verfahren in einem Druckreaktor statt, in dem der Festkörper-Träger, das überkritische Kohlendioxid und die Katalysator-Vorläufersubstanz eingebracht werden. Mit einem Druckbehälter beispielsweise aus einem mechanisch und chemisch hochwertigen Edelstahlmaterial, können die für das CFD-Verfahren notwendigen Bedingungen bzw. Verfahrensparameter exakt und zuverlässig eingestellt, überwacht beziehungsweise verändert werden.

Weiter wird vorgeschlagen, dass in dem geschlossenen Druckreaktor Temperatur- und/oder Druckbedingungen eingestellt werden, um das im Druckreaktor untergebrachte Kohlendioxid in den überkritischen Zustand zu bringen. Mit dem Druckreaktor kann der überkritische Zustand des Kohlendioxids problemlos und sicher eingestellt werden. Bevorzugt können unterschiedliche Druck- beziehungsweise Temperaturwerte bzw. diese in einem weiten Bereich eingestellt werden. Außerdem kann in dem Druckreaktor nach außen dicht verschlossen eine Verunreinigung oder Veränderung der im Druckreaktor untergebrachten Stoffe und Gegenstände sichergestellt werden bzw. das CFD-Verfahren kontrolliert ablaufen.

Weiter wird vorgeschlagen, dass der Anteil der eingebrachten Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz in dem Druckbehälter im Bereich zwischen circa 0,4 Millimol pro Liter und circa 2 Millimol pro Liter beträgt. In diesem Konzentrationsbereich der Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz in dem Druckbehälter ist ein hoher Nutzungsgrad der Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz feststellbar bzw. lassen sich besonders vorteilhafte Beschichtungen des Festkörper-Trägers mit dem Katalysator-Material realisieren.

Vorteilhafterweise wird bei dem CFD-Verfahren eine definierte Verfahrenstemperatur und/oder ein definierter Verfahrensdruck im Druckbehälter eingestellt, so dass die in dem Kohlendioxid gelöste Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz auf dem Festkörper-Träger abgeschieden wird. Damit kann vorteilhafterweise genau abgestimmt auf die betreffende im Kohlendioxid gelöste Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz ein gewünschter Abscheidevorgang der Vorläufersubstanz vollzogen werden. Dies kann durch eine Absenkung der im Druckreaktor vor dem Abscheidevorgang herrschenden höheren Verfahrenstemperatur bzw. des herrschenden höheren Verfahrensdrucks erfolgen. Prinzipiell ist aber auch eine Annäherung an die definierte Verfahrenstemperatur bzw. den definierten Verfahrensdruck von einem relativ tieferen Temperatur- bzw. Drucklevel denkbar. In allen Fällen ist vor dem Erreichen des definierten Temperatur- bzw. Druckwertes zu gewährleisten, dass sich das Kohlendioxid im überkritischen Zustand befindet und die Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz darin gelöst ist, was insbesondere bei entsprechenden Innentemperaturen bzw. Innendrücken im Druckreaktor erreicht wird.

Beispielsweise wird die Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz, die z.B. als pulvrige Festsubstanz vor dem CFD-Verfahren im Druckreaktor vorgelegt, wobei sich dann die Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz im überkritischen Kohlendioxid löst. Anschließend werden Temperaturen und Druckbedingungen im Reaktor so eingestellt, dass sich die definierte Katalysator-Vorläufersubstanz auf dem Festkörper-Träger beziehungsweise dem Substrat abscheidet bzw. auf dem Substrat thermisch zersetzt und das eigentliche Katalysatormaterial auf der Oberfläche des Festkörper-Trägers zurückbleibt. Solche Zustände treten für ausgewählte Katalysatormaterial-Vorläufersubstanzen beispielsweise bei folgenden Temperatur-Druck-Zuständen auf: 200° Celsius und 170 bar, 200° Celsius und 189 bar beziehungsweise 80° Celsius und 155 bar, je nach dem welche Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz aus dem Kohlendioxid abgeschieden bzw. auf dem Substrat deponiert werden soll.

Die Art des so ausgebildeten Katalysatormaterials insbesondere deren Schichtdicke bzw. Oberflächenbelegung kann von weiteren Faktoren abhängig sein. Beispielsweise kann die Abscheidung zeitabhängig beeinflusst werden. Wird beispielsweise die definierte Verfahrenstemperatur bzw. der definierte Verfahrensdruck für wenige Minuten aufrecht gehalten, werden weniger Oberflächenanteile des Festkörper-Trägers bzw. dünnere Schichten ausgebildet und mit dem betreffenden Katalysatormaterial beschichtet, z.B. in Form von Nanoclustern oder Atomhaufen, als bei einer zeitlich längeren Aufrechthaltung der definierten Verfahrenstemperatur bzw. des definierten Verfahrensdrucks. Wird beispielsweise für ca. 30 Minuten die definierte Verfahrenstemperatur bzw. der definierte Verfahrensdruck aufrecht gehalten, kann ein durchgängiger oder nahezu lückenloser Materialfilm aus dem Katalysatormaterial realisiert werden, z.B. in Form eines Nanofilms.

Weiter wird vorgeschlagen, dass bei dem CFD-Verfahren zur Abscheidung des Katalysatormaterials auf dem Festkörper-Träger der Festkörper-Träger auf eine vorgebbare Temperatur gebracht, insbesondere selektiv aufgeheizt wird. Auf diese Weise kann effektiv die zu beschichtende Festkörper-Trägeroberfläche auf eine definierte Verfahrenstemperatur gebracht werden, wodurch der gewünschte Abscheidevorgang auf der Oberfläche des Festkörper-Trägers stattfinden kann. Beispielsweise kann durch ein Aufheizen des Festkörper-Trägers die lokale Zersetzung der Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz auf dem Substrat effektiv und selektiv erzielt werden.

Besonders bevorzugt ist es, dass die Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz eine metallorganische Verbindung umfasst. Insbesondere metallorganische Verbindungen eignen sich für eine Beschichtung des Festkörper-Trägers mit einem Katalysatormaterial. Insbesondere können damit hoch reaktive beziehungsweise stark aktivierte Festkörper-Träger im Hinblick auf deren katalytische Wirkung hergestellt werden. Zum einen lassen sich metallorganische Verbindungen in hohem Maße in dem überkritischen Kohlendioxid lösen und andererseits können die so gelösten metallorganischen Verbindungen besonders effektiv auf Oberflächen des Festkörper-Trägers unter deren Zersetzung abgeschieden werden, wobei das Metall der metallorganischen Verbindung auf dem Festkörper verbleibt. Dabei kann vor dem Beschichtungsvorgang genau eine metallorganische Verbindung oder auch eine Mischung aus zwei oder mehr unterschiedlichen metallorganischen Verbindungen in dem überkritischen Kohlendioxid gelöst werden. Es ist auch denkbar, dass die mehreren metallorganische Verbindung jeweils das gleiche Metallelement oder unterschiedliche Metallelemente aufweisen.

Damit lässt sich insbesondere eine Beschichtung des Festkörper-Trägers mit katalytisch aktiven Edelmetallen erreichen, beispielsweise Ruthenium, Palladium oder Platin, wenn diese die Metalle in den betreffenden metallorganischen Verbindungen bilden. Weiterhin ist es von Vorteil, dass die organischen Verbindungsbestandteile der metallorganischen Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz beim Abscheidevorgang zersetzt werden und dabei nicht auf dem beschichteten Festkörper zurückbleiben. Auf der Oberfläche scheiden sich ausschließlich die metallischen Anteile der metallorganischen Verbindung ab. Damit lässt sich insbesondere bei einem Minimaleinsatz der betreffenden Metalle beziehungsweise Edelmetalle eine sehr große katalytisch wirksame Oberfläche durch die Implantation von Nanoclustern bzw. -filmen auf dem Substrat beziehungsweise in dessen Porositäten erreichen.

Die Erfindung zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass die Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz wenigstens eine der folgenden Verbindungen umfasst:

Me(acac)3, Me(thd)3, Me(thd)2COD, Me(cp)2, ME(allyl)2COD, Me(CH3)2CD, wobei Me für eines der Elemente Ruthenium, Palladium und Platin steht und acac für Actylacetonat, thd für 2,2,6,6-Tetramethyl-3,5-Heptandionat, COD für 1,5-Cyclooctadien und cp für Cyclopentadien.

Mit diesen metallorganischen Verbindungen lässt sich das CFD-Verfahren insbesondere mit überkritischen Kohlendioxid vorteilhaft durchführen bzw. kann eine reaktiv-aktivierte Katalysatorschicht auf dem Festkörper-Träger abgeschieden werden. Insbesondere ist das abgeschiedene Katalysatormaterial sehr gleichmäßig ausgebildet bzw. mit geringer Schichtdicke und zeigt eine hohe Haftkraft auf dem Festkörper-Träger.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei dem CFD-Verfahren ein Zustand in dem Druckreaktor eingestellt, welcher auf die jeweilige im Druckreaktor befindliche Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz abgestimmt ist. Der Zustand in dem Druckreaktor wird insbesondere durch die Größen Temperatur, Druck beziehungsweise der Art und Menge der darin befindlichen Stoffe bestimmt. Für eine besonders gezielte und selektive Abscheidung der Katalysatormaterial-Vorläufersubstanzen kann die Einstellung eines definierten Zustandes in dem Druckreaktor vorgenommen werden. Beispielsweise kann die metallorganische Verbindung Me(thd)3 selektiv bei 200° Celsius und 170 bar beziehungsweise Me(thd)2COD selektiv bei 200° Celsius und 189 bar beziehungsweise Me(CH3)2COD selektiv bei 80° Celsius und 155 bar abgeschieden werden.

Die Erfindung geht außerdem von einer Katalysatorvorrichtung zur Behandlung von bei einer Verbrennung entstehenden Produkten aus, insbesondere für eine katalytische Umsetzung von kohlenstoffhaltigen Partikeln, wobei Katalysatormaterial auf einem Festkörper-Träger ausgebildet ist. Ein wesentlicher Aspekt ist dabei, dass das Katalysatormaterial nach einem der oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Damit lassen sich die bereits vorgenannten Vorteile für das erfindungsgemäße Katalysatormaterial realisieren.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Katalysatorvorrichtung zur Behandlung von bei einer Verbrennung entstehenden Produkten, insbesondere für eine katalytische Umsetzung von kohlenstoffhaltigen Partikeln, wobei Katalysatormaterial auf einem Festkörper-Träger ausgebildet ist, insbesondere eine wie oben definierte Katalysatorvorrichtung. Der wesentliche Aspekt dabei liegt darin, dass eine Katalysatoroberfläche vorhanden ist, bei welcher das Katalysatormaterial als inselartige Nanocluster mit Abmessungen zwischen ca. 10 und über ca. 100 Nanometer ausgebildet ist. Mit den vergleichsweise kleinen Nanoclustern bzw. Atomhaufen kann fast die gesamte Oberfläche des Festkörper-Trägers, auch strukturierte Oberflächen bzw. feine Kanäle mit dem katalytisch aktiven Material beschichtet werden. Dabei kann vorteilhafterweise eine sehr hohe Haftkraft des Katalysatormaterial auf dem Festkörper-Träger realisiert werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Katalysatorvorrichtung bilden die Nanocluster einen gleichmäßigen Belag auf dem Festkörper-Träger, unabhängig von einer Lage und/oder Orientierung der mit den Nanoclustern belegten Bereiche des Festkörper-Trägers. Damit kann ein dünner Nanofilm aus dem Katalysatormaterial gebildet werden bzw. eine nahezu optimalen Flächenbelegung mit Katalysatormaterial auf einem Festkörper-Träger erreicht werden.

Als Katalysatorvorrichtung kommt insbesondere auch ein Partikelfilter in Frage, der bevorzugt einen Festkörper-Träger aus einem keramischen Material, insbesondere auf Cordierit- und/oder Siliciumcarbid-Basis aufweist. Keramische Materialien zeichnen sich insbesondere durch ihre hohe chemische Beständigkeit beziehungsweise insbesondere durch eine hohe Temperaturtoleranz aus. Außerdem sind sie verzugsarm und beispielsweise mit Hilfe eines Sinterprozesses wirtschaftlich und technisch vorteilhaft herstellbar.

Bevorzugt ist der Partikelfilter als poröser Filterkörper ausgebildet ist. Durch einen mit dem Katalysatormaterial erfindungsgemäß beschichteten porösen Filterkörper lassen sich vergleichsweise große Oberflächen bei einem gegebenen Raumvolumen erreichen. Insbesondere kann ein solcher Filterkörper als Dieselrußpartikelfilter beispielsweise im Kfz-Bereich vorteilhaft eingesetzt werden. So können beispielsweise zirkulierende turbulente Luftströmungen von einem solchen Dieselrußpartikelfilter zur Filtrierung bzw. katalytischen Behandlung von Abgas- bzw. Feinstpartikeln eingesetzt werden.

Figurenbeschreibung

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert.

1a und 1b zeigen ein Schliffbild eines Kanalquerschnitts eines im Wash-Coating-Verfahren beschichteten Cordierit-Monoliths und ein vergrößerter Detailausschnitt daraus,

2 zeigt einen Ausschnitt einer mikroskopischen Aufnahme einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Oberflächen eines Keramikkörpers und

3 zeigt einen Ausschnitt einer mikroskopischen Aufnahme einer weiteren mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Oberfläche eines Keramikkörpers.

Das in 1a gezeigte Schliffbild 1 eines Kanalquerschnitts eines im Wash-Coating-Verfahren beschichteten Cordierit-Monoliths ist in 1b vergrößert dargestellt. Dabei zeigt 1b dunkle Monolithstege 2 und hellere Bereiche eines Wash-Coat 3, der bei bekannten Wash-Coating-Beschichtungsverfahren erhalten wird. Deutlich zu erkennen ist, dass die freien Querschnitte 4 gegenüber den vor der Beschichtung im Schnitt in etwa quadratischen Kanäle im Cordierit-Monolith deutlich verringert sind. Der hellere Wash-Coat 3 belegt insbesondere die Eckbereichen der ursprünglichen quadratischen Kanäle. Die festzustellenden Kanalquerschnittverringerung durch das Wash-Coating-Verfahren ist nachteilig.

2 zeigt in der mikroskopischen Aufnahme Platin-Nano-Partikel bzw. Nanocluster 5 auf einem Keramikkörper 6 die mit der erfindungsgemäßen Reaktivabscheidung aus überkritischem Kohlendioxid auf dem Keramikkörper 6 abgeschieden wurden. Diese Nanocluster 5 auf der Oberfläche des keramischen Festkörpers 6 bzw. die Platin-Nano-Partikel betragen im Durchmesser zum Beispiel ca. 200 Nanometer in der Draufsicht. Je nach metallorganischer Katalysatormaterial-Vorläufersubstanzen bzw. Precursor, Parameter zur Reaktivabscheidung und Reaktionszeit werden inselartige bis geschlossenen, fest haftende Edelmetall-Cluster mit Abmessungen im Nanobereich erhalten.

3 zeigt einem Platin-Nanofilm 7 nach Abscheidung mit dem erfindungsgemäßen CFD-Verfahren aus überkritischem Kohlendioxid. Die einzelnen Platin-Cluster sind sehr gleichmäßig verteilt auf der Oberfläche des Keramikfestkörpers und bedecken diesen nahezu vollständig. Die einzelnen erkennbaren Platin-Cluster sind insbesondere deutlich unter 100 Nanometer, beispielsweise ca. 20 Nanometer im Durchmesser bei der dargestellten Draufsicht.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines Katalysatormaterials (5, 6) auf einem Festkörper-Träger (6) insbesondere einer Katalysatorvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Chemical-Fluid-Deposition-Verfahren das Katalysatormaterial (5, 7) auf dem Festkörper-Träger (6) abgeschieden wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Chemical-Fluid-Deposition-Verfahren mit Kohlendioxid erfolgt, das in einen überkritischen Zustand gebracht und mit einer Katalysator-Vorläufersubstanz zusammengebracht wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Chemical-Fluid-Deposition-Verfahren in einem Druckreaktor stattfindet, in dem der Festkörper-Träger (6), das überkritische Kohlendioxid und die Katalysator-Vorläufersubstanz eingebracht werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem geschlossenen Druckreaktor Temperatur- und/oder Druckbedingungen eingestellt werden, um das Kohlendioxid in den überkritischen Zustand zu bringen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der eingebrachten Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz in dem Druckbehälter im Bereich zwischen ca. 0,4 Millimol pro Liter und ca. 2 Millimol pro Liter beträgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Chemical-Fluid-Deposition-Verfahren eine definierte Verfahrenstemperatur und/oder ein definierter Verfahrensdruck im Druckbehälter eingestellt wird, so dass die in dem Kohlendioxid gelöste Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz auf dem Festkörper-Träger (6) abgeschieden wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Chemical-Fluid-Deposition-Verfahren zur Abscheidung des Katalysatormaterials (5, 7) auf dem Festkörper-Träger (6) der Festkörper-Träger (6) auf eine vorgebbare Temperatur gebracht, insbesondere selektiv aufgeheizt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz eine metallorganische Verbindung umfasst. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz wenigstens eine der folgenden Verbindungen umfasst: Me(acac)3, Me(thd)3, Me(thd)2COD, Me(cp)2, Me(allyl)2COD, Me(CH3)2COD, wobei Me für eines der Elemente Ruthenium, Palladium und Platin steht und acac für Actylacetonat, thd für 2,2,6,6-Tetramethyl-3,5-Heptandionat, COD für 1,5-Cyclooctadien und cp für Cyclopentadien steht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Chemical-Fluid-Deposition-Verfahren ein Zustand in dem Druckreaktor eingestellt wird, welcher auf die jeweilige im Druckreaktor befindliche Katalysatormaterial-Vorläufersubstanz abgestimmt ist. Katalysatorvorrichtung zur Behandlung von bei einer Verbrennung entstehenden Produkten, insbesondere für eine katalytische Umsetzung von kohlenstoffhaltigen Partikeln, wobei Katalysatormaterial auf einem Festkörper-Träger (6) der Katalysatorvorrichtung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial (5, 7) nach einem der Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 10 hergestellt ist. Katalysatorvorrichtung zur Behandlung von bei einer Verbrennung entstehenden Produkten, insbesondere für eine katalytische Umsetzung von kohlenstoffhaltigen Partikeln, wobei Katalysatormaterial auf einem Festkörper-Träger (6) der Katalysatorvorrichtung ausgebildet ist, insbesondere nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Katalysatoroberfläche vorhanden ist, bei welcher das Katalysatormaterial als inselartige Nanocluster (5) mit Abmessungen zwischen ca. 10 und über ca. 100 Nanometer ausgebildet ist. Katalysatorvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanocluster einen gleichmäßigen Belag (7) auf dem Festkörper-Träger (6) bilden, unabhängig von einer Lage und/oder Orientierung der mit den Nanoclustern belegten Bereiche des Festkörper-Trägers (6).






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com