Hydrotalcit‐artige (Cu,Zn,Al)‐Hydroxykarbonate als Vorstufen für Kupferkatalysatoren in der Methanolchemie

Methanol ist aufgrund seiner einfachen Handhabbarkeit ein attraktiver Wasserstofftrager fur mobile Anwendungen von Brennstoffzellen. Mit der industriell bedeutsamen Methanol-synthesereaktion aus H2 und CO2 und der formalen Ruckreaktion am Ort der Brennstoffzelle, der Dampfreformierung von Methanol, steht ein CO2-neutrales und damit nachhaltiges Reaktionssystem zur Verfugung. Kupferbasierte Katalysatoren sind in beiden Reaktionen aktiv. Industriell werden fur die Methanolsynthese Cu/ZnO/Al2O3 Katalysatoren eingesetzt. Typische Vorstufenverbindungen fur die Herstellung dieser Katalysatoren sind gemischte Cu,Zn,(Al)-Hydroxykarbonate. Industriell hergestellte Vorstufen sind oft heterogen und enthalten eine Hydrotalcit-artige Phase der formalen Zusammensetzung (Cu,Zn)1-xAlx(OH)2(CO3)x/2·m H2O. Wir konnten durch ein Co-Fallungsprozes eine Cu-reiche Form (Cu/Zn=7:3) dieser Verbindung phasenrein herstellen. Die strukturellen und spektroskopischen Eigenschaften einer Probenserie mit 0,3 < x < 0,4 sowie die thermische Zersetzung zu den Oxiden und die anschliesende Reduktion der CuO-Komponente zu Herstellung von aktiven Cu/ZnO/Al2O3-Katalysatoren wurden untersucht. Elektronen-mikroskopische Untersuchungen zeigen, dass sich aus den einphasigen Vorstufen Katalysatoren mit homogener Mikrostruktur herstellen lassen. Die entstandenen Kupferpartikel sind kugelformig und mit Durchmessern um 5 nm sehr klein. Typischerweise sind sie zu einem grosen Teil in einer amorphen Matrix aus ZnO/Al2O3 oder ZnAl2O4 eingeschlossen (Abb).