In situ Untersuchungen zur Mechanochemie

Das prinzipielle Konzept von mechanochemischen Prozessen ist das Einbringen von Energie, sowohl für die Aktivierung von Reaktanden als auch der verwendeten Katalysatoren, durch mechanisches Vermahlen anstelle der Zuführung thermischer oder elektrischer Energie. Für potentielle Anwendungen bedeutet dies, dass sowohl Temperatur als auch Druck gegenüber herkömmlichen Bedingungen in konventionellen Reaktoren reduziert werden können. Ein weiterer Vorteil von mechanochemischen Verfahren ist die Reduktion oder der komplette Verzicht von Lösungsmitteln während der Reaktion. In früheren Arbeiten der Abteilung für Heterogene Katalyse konnten Katalyseexperimente in Kugelmühlen ohne vorherige Katalysatoroptimierung durchgeführt werden. Obwohl Mechanochemie und Mechanokatalyse immer mehr an praktischer Bedeutung gewinnen, sind die während des Mahlvorgangs ablaufenden Prozesse weitgehend unbekannt.

In situ Röntgenbeugungsexperimente ermöglichen eine Beobachtung von strukturellen Phasenänderungen oder Mikrostruktureigenschaften während einer Reaktion. Die Kopplung mit komplementären analytischen Methoden erlauben operando Untersuchungen während Mechanokatalyse.Dies erfordert eine Anpassung der Mahlbecher an die experimentellen Anforderungen, sowohl der jeweiligen Reaktion als auch an die jeweilige Beamline des Synchrotrons. Um detaillierte Informationen über Mechanismen während mechanochemischer Reaktionen zu erhalten, werden in situ  Synchrotronbeugungsexperimente mit Schwingungsspektroskopie und Gasanalytik kombiniert.

Ausgewählte Publikationen:

Amrute, A. P., Lodziana, Z., Schreyer, H., Weidenthaler, C., & Schüth, F. (2019). High-surface-area corundum by mechanochemically induced phase transformation of boehmite. Science, 366(6464), 485-489. doi: 10.1126/science.aaw9377.