Intensities of IR stretching bands as a criterion of polarization and activation of adsorbed molecules in heterogeneous acid-base catalysis

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Das Projekt sieht einen neuen infrarotspektroskopischen Ansatz vor, um die Wirkungsweise heterogener Säure-Base-Katalysatoren zu verstehen. Die Vorgehensweise beruht auf der Untersuchung von Adsorbaten, unterscheidet sich aber von bisherigen Verfahren in zwei wesentlichen Punkten. Erstens werden als Sorptive statt der üblicherweise verwendeten Basen (Säuren) die Reaktanden oder eng verwandte Moleküle eingesetzt; so wird sichergestellt, dass nur für die Reaktion relevante Zentren abgetastet werden und die Probe nicht durch zu starke Wechselwirkung verändert wird. Zweitens werden nicht die Frequenzverschiebungen von Banden relativ zur Gasphasenabsorption betrachtet, sondern die Bandenintensitäten des adsorbierten Moleküls. Die Intensitäten von Schwingungsbanden stehen in direktem Zusammenhang mit der Polarisierung von Bindungen. Diese Messgröße spiegelt also die Aktivierung eines Moleküls an der Oberfläche eines heterogenen Katalysators besser wider als die Frequenzverschiebungen. Somit wird mit dem neuen Verfahren simultan Information über Oberflächenzentren und über die Aktivierung des Reaktanden erhalten. Zunächst werden kleine Alkane an wohl definierten Proben, insbesondere Zn-ausgetauschten Zeolithen (ZSM-5), adsorbiert. Die Interpretation der Spektren wird durch quantenchemische Rechnungen mit dem Programm Gaussian 98 gestützt. Nach Validierung anhand einer Serie von Sondenmolekülen und Oxiden wird die Methode auf das aktuelle Problem des sulfatierten Zirconiumdioxids angewandt, das einen hochaktiven Katalysator für die Alkanisomerisierung darstellt, dessen Wirkungsweise aber noch unbekannt ist.