Intermetalle als katalytisch aktive Beschichtung

Katalytische, intermetallische Schichten werden in vielen Produktionsprozessen eingesetzt. Durch die große reaktive Oberfläche können hohe Reaktionsgeschwindigkeiten und eine hohe Selektivität erreicht werden.

Stand der Technik

Ein bekanntes Verfahren zur Beschichtung ist das DC Magnetron Sputtern (Kathodenzerstäubung unter Gleichspannung), bei dem Bestandteile eines Targets durch Ionenbeschuss herausgelöst und abgeschieden werden. Zur bisherigen Herstellung solcher Sputter-Targets wurden entweder die Ausgangsmaterialien, in diesem Fall Gallium und Palladium, zusammen geschmolzen und anschließend zerstoßen oder durch mehrstufige Synthese in organischen Lösungsmitteln gewonnen. Damit liegen die Komponenten im Target in Elementform und nicht als intermetallische Verbindung vor. Beide Methoden eignen sich nicht zur effizienten Herstellung großflächiger und einheitlicher Beschichtungen.

Technologie

Forschenden des KIT ist es gelungen, mittels Spark-Plasma-Sintern auf Kupferscheiben ein Sputter-Target mit atomar homogener Verteilung herzustellen. Grundlage bildet Pulver der intermetallischen Verbindung aus Gallium und Palladium. Dieses intermetallische Sputter-Target bildet die Basis für die Synthese der Schicht via DC Magnetron Sputtern. Mit diesem bekannten Verfahren lassen sich durch die Verwendung der neuartigen Sputter-Targets einphasige intermetallische Schichten mit einer Stärke von wenigen Nanometern bis zu ca. einem Mikrometer herstellen. Durch vorherige Maskierung der zu beschichtenden Oberfläche lassen sich die intermetallischen Verbindungen in festgelegten Formen aufbringen. Durch diese Strukturierung der Schichten kann die katalytische Aktivität modifiziert werden.

Vorteile

Am KIT wurden die so hergestellten intermetallischen Schichten in der Semi-Hydrierung von Acetylen in einem mikrostrukturierten Reaktor getestet. Bei gleichbleibender Selektivität zu Ethylen wurde eine Steigerung der Aktivität um den Faktor 100 (bezogen auf die Menge an Palladium im Reaktor) berechnet. Darüber hinaus ergeben sich durch die Verwendung der Kupferscheibe als Substrat geringe Materialkosten. Auf Lösungsmittel kann komplett verzichtet werden.

Optionen für Unternehmen

Neben katalytischen Schichten könnte die Syntheseroute auch bei Beschichtungen zum Wärme- oder Korrosionsschutz einen Nutzen haben. Das KIT sucht Partner zur Weiterentwicklung der Technologie.