Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT)
Das 2011 gegründete Institut für Katalyseforschung und –technologie des KIT bildet die Brücke von der grundlagenorientierten und angewandten Forschung bis zur Umsetzung in neue Technologien und Produkte für die Gebiete Katalyse und Prozesstechnologie katalytischer Prozesse. Schwerpunkte der Arbeiten sind die nachhaltige Nutzung alternativer Rohstoffe und deren Umwandlung in Energieträger und Wertstoffe und die damit einhergehende Entwicklung neuer katalytischer Systeme, basierend auf dem Verständnis der Vorgänge auf molekularer Ebene. Das Institut wird durch die programmorientierte Forschung der Helmholtz-Gemeinschaft grundfinanziert, größtenteils im Forschungsbereich Energie im Programm Materialien und Technologien für die Energiewende.
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Power‑to‑Liquid‑(PtL‑)Technologien sind von zentraler Bedeutung für die Skalierung nachhaltiger Flugkraftstoffe (Sustainable Aviation Fuels, SAF) und zur Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Einsatzstoffen. In unserer jüngsten Studie vergleichen wir zwei kommerziell relevante Fischer‑Tropsch‑Katalysatoren — 20 Gew.-% Co auf Al₂O₃‑ bzw. TiO₂–SiO₂‑Trägermaterialien — unter industriellen Reaktionsbedingungen.
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Es wurden genaue Molekulardynamik-Simulationen (MD) durchgeführt, um die Bildung von Formaldehyd in H-SSZ-13 zu untersuchen. Unter Verwendung eines kürzlich entwickelten Ansatzes wurden freie Aktivierungsenergien berechnet, in Verbindung mit genauen elektronischen Energien unter Einsatz von RPA-Berechnungen. Dies ermöglicht es, den Einfluss von Formaldehyd auf die Initiierung des MTO-Prozesses zu beurteilen.
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Wir gratulieren Wen Yanjun zu seiner am 17. März erfolgreich bestandenen Doktorprüfung an der KIT-Fakultät für Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik.
In der Arbeitsgruppe von Klaus Raffelt hat er zum Thema „Optimization and exploration of catalysts for hydrodeoxygenation upgrading of bio-oil through experiments and DFT calculations“ promoviert.
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Der 23. Internationale Fachkongress „Kraftstoffe der Zukunft 2026“ fand im Januar mit über 620 Teilnehmenden aus Politik, Wirtschaft, Wissenschaft und Fachverbänden in Berlin statt.
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Am 25.02. hat Constantin Fuchs erfolgreich seine Dissertation mit dem Titel „Synthese von aromatenfreiem Benzin und Kerosin mittels heterogen katalysierter (Co-)Oligomerisierung methanol-basierter Olefine“ verteidigt. Die Referenten waren die Professoren Jörg Sauer und Reinhard Rauch.
Wir gratulieren!
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Am 21. November fand die Nacht der Wissenschaft am KIT statt und das IKFT steuerte zum bunten Programm bei.
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Understanding Activation of Small Molecules with Light: Photothermal Vs. Charge Carrier Effects in Photocatalysis
Understanding Activation of Small Molecules with Light:
Photothermal Vs. Charge Carrier Effects in Photocatalysis
Jennifer Strunk
Technical University of Munich
When photocatalysts are irradiated with high intensity light sources, it is expected that
the samples will also heat up, at least locally. Then, in addition to direct light-driven
reactions with excited charge carriers, more conventional thermal reactions are also
possible, similar to classical catalysis. This is especially the case when nanoparticles
of the coinage metals Cu, Ag and Au are involved, which show intense plasmon
absorption bands.
Here, two photocatalyst systems are presented in which we were able to clearly identify
photothermal effects as main reason for improved (photo)catalytic performance. For
the case of Au/TiO2, Anti-Stokes Raman spectroscopy was used to track temperature
changes in the anatase phase of TiO2, when the plasmon excitation of gold was
triggered with a green laser. Under these conditions, the titania reached temperatures
significantly exceeding 1000 K, which over time caused severe rutilization of titania.
Even under irradiation with common UV-Vis research light sources, rutilization of titania
was identified in Au/TiO2, so local temperatures above the rutilization threshold
(~850 K) can be reached in this case, too. At these temperatures, many catalytic
reactions of relevance reach thermodynamic equilibrium, so it is expected that thermal
effects are dominant for Au/TiO2, with little or no influence of photogenerated charge
carriers in either Au or TiO2.
In the second case, Cu/ZnO-based catalysts were considered for light-assisted
thermocatalytic CO2 valorization near ambient pressure. Both methanol synthesis and
CO formation by the reverse water gas shift were detected to be influenced by light
irradiation. The endothermic reverse water gas shift was always favored over
exothermic methanol synthesis, regardless of whether UV or visible light or both was
used. The behavior of forward and reverse reaction rate, together with detailed in situ
characterization of the material and the reaction mechanism, suggested that the light
simply caused the active sites, predominantly the copper, to be locally at much higher
temperature. The larger influence of visible light suggests a dominant influence of the
Cu plasmon absorption rather than band-gap excitation in ZnO.
Prof. Dr. Jennifer Strunk
Technical University of Munich (TUM)
