Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Chemie

Fachgebiet: Katalytische in situ-Studien

Betreuer: Prof. Dr. Angelika Brückner



Dipl.-Chem. Andrea Bellmann
(e-mail: andreabellmann89@gmail.com )

Mechanistische Untersuchungen der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von Stickoxiden mit Methan an Co-ZSM-5- Katalysatoren

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Aufklärung von Struktur-Wirkungsbeziehungen und mechanistischen Details der selektivkatalytischen Reduktion von Stickoxiden NOx mit Methan als Reduktionsmittel über Co-ZSM-5-Katalysatoren. Durch eine operando-Kopplung aus DRIFT-Spektroskopie, UV-vis-DR-Spektroskopie und Massenspektrometrie ist es gelungen, die elementaren Schritte dieser katalytischen Reaktion zu ermitteln. Dabei werden an Co-Oxid-Clustern in den Kanälen des ZSM-5 Co3+-Zentren generiert, die NO wahrscheinlich über einen Mars-van-Krevelen-Mechanismus zu NO2 oxidieren können. NO2 wird dann zu adsorbierten Nitrito- und Nitrato-Spezies umgewandelt. Diese sind in Lage Methan zu aktivieren und vermutlich in einem Eley-Rideal-Mechanismus Nitromethan zu bilden. Nitromethan zerfällt zu adsorbierten Nitril- und Isocyanat-Spezies, wobei Al3+-NCO-Spezies die aktive Spezies sind und mit Nitrito- und Nitrato-Spezies zu Stickstoff reagieren. Co2+ wird durch Sauerstoff zu Co3+ reoxidiert, sodass der Katalysezyklus geschlossen wird.

The present thesis aims to explain structure-reactivity relationships and mechanistic details of the selective catalytic reduction of nitric oxides with methane as reductant agent over Co-ZSM-5 catalysts. It was possible to elucidate the elemental steps of this reaction by operando-coupled DRIFT-spectroscopy, UV-vis-DR-spectroscopy and mass spectrometry. Co in oxidic clusters in the inner channels of the ZSM-5 is oxidizes to Co3+, which oxidize NO to NO2, probably via a Mars-van-Krevelen mechanism. NO2 is converted to adsorbed nitrito and nitrato species that are able to activate methan by nitromethane formation in an Eley-Rideal mechanism. Nitro methane is decomposed to adsorbed nitril and isocyanate species. Amongst them, Al3+-NCO reacts with nitrito- and nitrate-species to molecular nitrogen. Co2+ is reoxidized by oxygen to Co3+ closing the catalytic cycle.