Die kürzlich veröffentlichte Studie zur Untersuchung der Lokalisierung von Kokspezies in individuellen Katalysatorpartikeln der Röntgenmikroskopie Gruppe von Dr. Thomas Sheppard ist Teil des Jährlichen Forschungshighlights der Diamond Light Source für das Jahr 2021/2022. Die Studie von Sebastian Weber und Coautoren wurde ursprünglich publiziert als “Harte Röntgen-Nanotomographie zur 3D-Analyse der Verkokung in Nickel-basierten Katalysatoren”. Die Autoren konnten die sich rasante entwickelnde Methode der ptychographischen Röntgencomputertomographie, eine Röntgennanotomographiemethode), verwenden um Kokspezies, welche häufig für die Katalysatordesaktivierung verantwortlich sind, in einzelnen Katalysatorpartikeln zu lokalisieren. Die Diamond Light Source präsentiert in ihren Jährlichen Forschungshighlights ausgewählte wissenschaftliche Ergebnisse für jede ihrer Strahlenlinien.
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Katalysatoren der nächsten Generation spielen eine Schlüsselrolle für den Einsatz nachhaltiger Treibstoffe in der Luftfahrt. Solche Katalysatoren zu verbessern, ist das Ziel des deutsch-südafrikanischen Konsortiums CARE-O-SENE, an dem das KIT beteiligt ist. Im Mai 2022 hat Bundeskanzler Olaf Scholz in Johannesburg den Projektstart angekündigt. Das internationale Katalyseunternehmen Sasol und das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) koordinieren das Vorhaben, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt wird. Das Ziel ist, die wirtschaftliche Produktion von grünem Kerosin auf Basis der Fischer-Tropsch-Technologie zu beschleunigen. Insgesamt sind sechs Einrichtungen aus Deutschland und Südafrika an CARE-O-SENE beteiligt. Neben Sasol, HZB und dem KIT sind das die Universität Kapstadt, mit der das KIT eng zusammenarbeitet, die Ineratec GmbH, eine Ausgründung aus dem KIT, und das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme. Die Forschenden aus KIT werden an der Synchrotronstrahlungsquelle am KIT sowie an weiteren Röntgenstrahlungsquellen die Strukturänderung von Katalysatoren untersuchen, dabei unterstützen theoretische Modellierungen sowie Nachhaltigkeitsberechnungen.
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Die Mitglieder des AK Grunwaldt hatten eine produktive und erfolgreiche Reise zum "Jahrestreffen Deutscher Katalytiker" in Weimar, einschließlich Vorträgen und Posterpräsentationen. Über inspirierende Diskussionen hinaus, wurden mehrere Gruppenmitglieder mit Preisen ausgezeichnet. Glückwunsch an Mariam Schulte für einen Posterpreis, Linda Klag für die Auszeichnung im Poster Workshop und Erisa Saraci für den Gewinn des "Roten Löwen"!
Prof. Grunwaldt was invited as visiting professor to the university in Padova. He gave a course for PhD and Postdoc students on the applications of synchrotron radiation under dynamic/operando conditions in heterogeneous catalysis. The course led to interesting discussions and we are looking forward to further collaborations.
Synchrotronstrahlung zeigt uns, wie Materialien im Innersten aufgebaut sind und funktionieren. Dazu gehören auch Materialien, die wir brauchen, um unabhängiger von fossilen Energieträgern zu werden - zum Beispiel Materialien für Solarzellen, Batterien und für die Herstellung von grünem Wasserstoff. Was beeinflusst das Klima und wie können wir dem Klimawandel entgegenwirken und mit den Folgen fertig werden? Mit diesen drei zentralen Problemen (Physical Science Basis, Mitigation, Adaption laut IPCC) muss sich die Gesellschaft auseinandersetzen, und die Forschung mit Synchrotronstrahlung leistet dazu einen wertvollen Beitrag. Wichtige Forschungsfelder sind hierbei beispielsweise Photovoltaik, Batterien, Katalyse, Wasserstoffspeicher und den Klimawandel zu verstehen. Das KFS ist ein gewähltes repräsentatives Komitee für mehr als 4000 Nutzer von deutschen Synchrotronstrahlungsquellen und anderen Institutionen mit deutscher Beteiligung. Weitere Informationen können auf der idw Homepage oder dem SNI-Portal gefunden werden.
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By the combination of several methods it was possible for the first time to investigate the water splitting reaction at high overpotentials despite the strong bubble evolution. By analyzing PCA of XAS spectra of uncalcined IrO2 during the oxygen evolution reaction, we identified components that can be attributed to two reaction modes, the Absorbate Evolution Mechanism and the Lattice Oxygen Mechanism. Furthermore, we observed partially irreversible formation of metal like Ir-Ir distances of surface layers by removal of oxygen as terminal side reaction under cycling to high potentials (≥1.55V).
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.1c02074
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Die katalytische Hydrierung von CO2 ist ein vielversprechender Ansatz, um große Mengen an erneuerbarer Energie zu speichern und dabei gleichzeitig CO2-Emissionen zu reduzieren (P2X-Konzept). Marc-André Serrer (IKFT), Matthias Stehle (ITCP) und weitere Kolleginnen und Kollegen am IKFT, ITCP und IAM-AWP haben den Reaktionsverlauf entlang eines konventionellen Ni-basierten und eines fortschrittlichen Ni-Fe-basierten Katalysators während der CO2-Methanisierung in einem Festbettreaktor aufgedeckt. Durch die Verwendung eines neuen Setups konnten sie somit Änderungen der Aktivität, Selektivität und Temperatur entlang des Katalysatorbetts untersuchen. Ergänzende ortsaufgelöste Strukturuntersuchungen mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie zeigten, dass der Oxidationszustand von Fe durch die zunehmende Menge an Wasser entlang des Katalysatorbetts stark beeinflusst wird. Darüber zeigte Infrarotspektroskopie, dass Fe-Spezies die Aktivität des bimetallischen Katalysators erhöhen, indem sie aktive Ni0-Zentren vor stark adsorbiertem CO schützen. Somit unterstreicht dieses Beispiel nicht nur die Notwendigkeit, Gradienten in chemischen Reaktoren zu berücksichtigen, sondern auch, dass diese sogar für ein besseres Verständnis ausgenutzt werden können.
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Vor kurzem ist der Sonderforschungsbereich 1441 TrackAct (Tracking the Active Site in Heterogeneous Catalysis for Emission Control) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gestartet. Gemeinsam mit unseren Partnern in München und der Synchrotronstrahlungsquelle in Hamburg wollen wir die Natur der aktiven Stellen in Katalysatoren identifizieren und verfolgen. Im Rahmen dieses Programms suchen wir daher Doktorierende aus verschiedenen Bereichen der Chemie, des Chemieingenieurwesens, der Materialwissenschaften und der Physik, mehr Informationen unter: www.trackact.kit.edu/159.php
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Gradients in the copper oxidation state and coordination environment of Cu-SSZ-13 catalyst were observed using XANES tomography. For this purpose, a newly developed setup was used that allows XANES tomography to be performed under realistic (operando) conditions. The interplay of adsorption-desorption processes and mass transfer effects was analysed with micrometre resolution in 3D.
Tracking the formation, fate and consequence for catalytic activity of Pt single sites on ceria.
The location of platinum single sites on ceria and the variation of the active state were investigated in an operando approach while combining different methods like in situ infrared spectroscopy, operando high-energy-resolution fluorescence detected X-ray absorption spectroscopy, catalytic CO oxidation and density functional theory calculations.
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On October 7th, the groups of Prof. Dr. Grunwaldt (KIT, Karlsruhe, DE) and Prof. Dr. Soldatov (SFedU, Rostov-on-Don, RU) held a joint virtual workshop on Hard X-ray Spectroscopy and Advanced Data Analysis for Catalysis. The workshop brought together over 50 scholars from Germany – Karlsruhe Institute of Technology, and Russia – The Smart Materials Research Institute at the Southern Federal University. The talks were devoted to the infrastructure and experimental research highlights from KIT as well as the advances of SFedU in the areas of machine learning, big data analysis and prediction of X-ray absorption spectra for catalytically active materials.
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10 Jahre Karlsruhe in 2020!
Der Arbeitskreis muss eine „On-site“-Feier 2020 leider ausfallen lassen. Ein Web-Meeting ist geplant!
Daria Gashnikova hat ein Stipendium für ihre Doktorarbeit erhalten. Herzlichen Glückwunsch! Sie wird sich auf eine sehr aktuelle Thematik im Bereich der Emissionskontrolle von stöchiometrisch betriebenen Erdgasmotoren konzentrieren, wobei die NOx-Reduktion im Mittelpunkt ihrer wissenschaftlichen Arbeit steht. Viel Erfolg!
Die Vorlesungen zum Sommersemester 2020 konnten erfolgreich online durchgeführt werden. Auch im kommenden Wintersemester werden voraussichtlich Vorlesungen online stattfinden. Es wird zum Beispiel die Chemische Technik: Katalyse, Vorlesungen zu Aktuellen Konzepten in der Heterogenen Katalyse, Synchrotronmethoden, Emissionskontrolle oder auch mit Blick auf Chemiespeicherung/Energiewende stattfinden. Informieren Sie sich auf der Institushomepage.
Showcasing research from Professor Grunwaldt and colleagues at the ITCP, IKFT and IMVT at KIT:
Bridging the gap between industry and synchrotron: an operando study at 30 bar over 300 h during Fischer–Tropsch synthesis.
We design new infrastructure for operando high-pressure synchrotron experiments. High structural stability of a Fischer-Tropsch catalyst was found during a long-term study under industrial conditions while producing synthetic fuels.
Dr. Thomas Sheppard vom Institut für Technische Chemie und Polymerchemie wurde offiziell als Leiter der Nachwuchsgruppe X-ray Microscopy in Catalysis (2020-2022) des KIT Young Investigator Network anerkannt.
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Wissenschaftler von DESY (Hamburg) und ITCP-KIT präsentieren in einem Cover Artikel des Journal of Synchrotron Radiation einen deep learning Algorithmus zur Rekonstruktion von Röntgentomographie-Daten, was insbesondere für in situ und operando Bedingungen nützlich ist.
Das Kick-Off-Meeting des DFG Schwerpunktprogramms SPP2080 "Katalysatoren und Reaktoren unter dynamischen Betriebsbedingungen für die Energiespeicherung und -wandlung" wurde am KIT abgehalten. Hier finden Sie die offizielle Presseinformation des KIT.
Eine kürzlich erschienene Publikation zu Röntgen-Nanotomografie eines Modellkatalysators wurde als Forschungshighlight des ‘Paul Scherrer Instituts’ (Schweiz) vorgestellt, an dem die Messungen der Studie durchgeführt wurden. Weitere Informationen finden Sie hier.
Neuartige gold- und silberbasierte Katalysatoren wurden zur Synthese potentieller Monomere für nachhaltige Kunststoffe mittels Oxidation von 5-(Hydroxymethyl)furfural, einem wichtigen Plattformmolekül aus Biomasse, eingesetzt. Die Katalysatoren zeigten unterschiedliche Selektivitäten in der Oxidation verschiedener funktioneller Gruppen, wodurch eine gezielte Synthese interessanter Monomere möglich war.
Eine Forschungsarbeit des ITCP, IKFT und IMVT wurde in Chemical & Engineering News vorgestellt. Durch Untersuchung eines Palladiumkatalysators während der Synthese von Wasserstoffperoxid aus Wasserstoff und Sauerstoff wurde gefunden, dass α-Palladiumhydrid-Nanopartikel für die selektive Hydrierung von Sauerstoff verantwortlich sind.
PD Dr. Wolfgang Kleist hat einen Ruf auf eine Professur in der Technischen Chemie an der Ruhr-Universität Bochum angenommen. Herzlichen Glückwunsch!
Johannes Bitzer, Deniz Zengel und Florian Maurer haben Stipendien für Ihre Doktorarbeit erhalten. Herzlichen Glückwunsch!
Schreiben Sie uns, wenn Sie an Katalyse, Spektroskopie, Röntgenmikroskopie, Technsiche Chemie oder Festkörperchemie interessiert sind!
Wir betreuen gerne motivierte Studierende für Bachelor-, Vertiefer- und Masterarbeiten.
Wir haben offene Stellen für interdisziplinär orientierte Doktorandinnen und Doktoranden! - Mehr INFOs hier
Kontaktieren Sie uns, wenn Sie einen PostDoc oder eine wissenschaftliche Karriere bei uns starten wollen!
Neuigkeiten
October 2020
Virtuelles Meeting mit Prof. Dr. Soldatev (SFedU, Rostov-on-Don, RU)
On October 7th, the groups of Prof. Dr. Grunwaldt (KIT, Karlsruhe, DE) and Prof. Dr. Soldatov (SFedU, Rostov-on-Don, RU) held a joint virtual workshop on Hard X-ray Spectroscopy and Advanced Data Analysis for Catalysis. The workshop brought together over 50 scholars from Germany – Karlsruhe Institute of Technology, and Russia – The Smart Materials Research Institute at the Southern Federal University. The talks were devoted to the infrastructure and experimental research highlights from KIT as well as the advances of SFedU in the areas of machine learning, big data analysis and prediction of X-ray absorption spectra for catalytically active materials. After the workshop, a group leader meeting took place to recapitulate on the synergism in the research portfolios and discuss plans for a future collaboration in applying advanced measurement and analysis techniques to understand industrially relevant catalytic materials and processes.
Short overview of the held talks:
- 14:00 Short introductions of the respective groups (Prof. Dr. J.-D. Grunwaldt, KIT and Prof. Dr. A. Soldatov, SFedU)
- 14:15 XAS modelling and analysis to identify structure and nuclearity of Cu species in zeolite catalysts (Ilia Pankin, SFedU)
I. Pankin presented theoretical and experimental evaluation of the structure and stability of various Cu species in several zeolite structures used for methane-to-methanol, methanol-to-olefins, and selective catalytic reduction of NOx.
- 14:45 Machine Learning for XANES Analysis of Palladium Nanocatalysts (Oleg Usoltsev, SFedU)
O. Usoltsev reported on the progress of his PhD work on the application of machine learning for modelling and analysis of XANES spectra of palladium nanoparticles and the corresponding hydrides and carbides formed in various catalytic processes.
- 15:15 Actual challenges and emerging techniques to study heterogeneous catalysts (Dmitry Doronkin, KIT)
The presentation of D. Doronkin outlined current trends in operando catalytic studies performed under industrially relevant conditions at various timescales using hard X-ray spectroscopy and complementary techniques.
- 15:45 Hard X-ray imaging and tomography studies of heterogeneous catalysts (Thomas Sheppard, KIT)
In his talk T. Sheppard summarised the recent developments in X-ray imaging and tomography of structured catalytic materials with highlights on high resolution imaging at <20 nm, and operando spectrotomography of automotive catalysts.
Karlsruhe and Rostov-on-Don, 09.10.2020
2017
Dynamische Partikel in Abgaskatalysatoren
Ein dynamisches strukturelles Verhalten von Pt-Partikeln auf der Cerdioxid-Oberfläche eines Pt/CeO2-Abgaskatalysators bei mittleren Temeperaturen unter wechselnden reduzierenden/oxidierenden Bedingungen wurde untersucht und zur Verbesserung der Aktivität des Katalysators genutzt.
Catalysis Science & Technology - Cover Article
Platin-basierte Dieseloxidationskatalysatoren wurden einem komplexen Temperaturprogramm (realistischer Fahrzyklus) unterzogen. Ein Mikroreaktor-Setup erlaubte operando Röntgenabsorptionsspektroskopie und on-line Massenspektrometrie während hohen Heiz- und Kühlrampen. Deutliche Unterschiede der Katalysatorstruktur und -performance wurden zwischen transientenund Modellbedingungen beobachtet.
CAT-ACT Eröffnungsworkshop
Am 20. und 21. September 2017 fand am ANKA-Synchrotron anlässlich der Inbetriebnahme der neuen Messlinie CAT-ACT (CATalysis research and ACTinide science) ein zweitägiger Workshop statt. CAT-ACT wird vom Institut für Nukleare Entsorgung (INE), dem Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT) und dem Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP) gemeinsam betrieben.
3D-Röntgen-Tomografie
Ein Kern-Schale-Katalystor zur direkten Synthese von Dimethylether (DME) wurde durch neuartige 3D-Röntgen-Tomografie unter Reaktionsbedingungen in 3D, in situ und zeitgleich durch Röntgendiffraktion, -fluoreszenz und -absorption abgebildet. Dadurch konnten Informationen zu Struktur und Funktion des Katalysators erlangt werden, die durch konventionelle Methoden unzugänglich sind.
2016
Priority Program SPP2080
Die DFG richtet das Schwerpunktprogramm "Katalysatoren und Reaktoren unter dynamischen Betriebsbedingungen für die Energiespeicherung und -wandlung" (SPP2080) ein. Koordinator des SPPs 2080 ist Prof. Dr. Jan-Dierk Grunwaldt.
Links: Ausschreibungstext der DFG, Homepage SPP2080
Erste EXAFS Spektren an der CAT-ACT Strahlführung und in situ XAS Spektren an der PETRA III extension
Die ersten in situ Spektren an Katalysatoren wurden Mitte Oktober 2015 an der PETRA III extension und die ersten EXAFS Spektren an einem Abgaskatalysator an der Pt L3-Kante in der ersten Dezemberwoche 2015 an CAT-ACT aufgenommen.
Link zu P65 an PETRA III extension
August 2015
XAFS16
Erfolgreiche Röntgenabsorptionskonferenz in Karlsruhe mit mehr als 550 Teilnehmenden.
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Sino-German Workshop on "In situ Spectroscopy on Catalysts and Membranes"
28 - 29 August 2015 Link_more
Juli 2015
Einblicke in Abgaskatalysatoren: Zu unserer gemeinsamen Veröffentlichung in Chem Commun gibt es jetzt eine Presseinformation, die den Nutzen und unsere Ergebnisse zur Forschung mit XAS/XES für ein breites Publikum leicht verständlich darstellt:
Pressemitteilung
Februar 2015
Neuer Blockkurs: Technologien und Ressourcen für erneuerbare Energien: Von Wind und Solar zu chemischen Energieträgern“ in der Woche vom 23. – 27. Februar 2015
Nähere Informationen:
http://www.itcp.kit.edu/lehrveranstaltungen_373
Workshop "Catalysis meets Sensing"
am 6.2.2015
September 2014
We are looking for an analytical chemist or chemical engineer for our Institute of Catalysis Research and Technology. Please take a look at the job offer for further information.
Hans-Dinger-Preis 2014 Dipl.-Chem. Paul Sprenger und Dipl.-Chem. Andreas Gremminger, beide Doktoranden in den Arbeitskreisen von Prof. Grunwaldt und Prof. Deutschmann am Institut für Technische Chemie und Polymerchemie, wurde für ihre Diplomarbeiten mit dem Hans-Dinger-Preis der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen ausgezeichnet.“ Pressemitteilung
March 2014
Prof. Jan-Dierk Grunwaldt wird Mitglied der "Kommission der Deutschen Gesellschaft für Katalyse (GeCatS)" und für das "Kommittee für Synchrotronstrahlung" in Deutschland gewählt.
February 2014
Dr. Ying Zhou wird mit einem Humboldt-Stipendium ausgezeichnet.
4 Jahre Karlsruhe!
Der Arbeitskreis feierte 4-jähriges Bestehen in Karlsruhe am 01.02.2014.
Dezember 2014: Wir suchen eine/n Wissenschaftler/in für operando EXAFS und/oder eine Beamlinewissenschaftler/in. Nähere Informationen finden Sie in der Stellenausschreibung .
December 2013
Der Wiggler für die Strahlführung "CAT-ACT" an ANKA trifft ein. FMB-Oxford stellt das Beamline Design für CAT-ACT vor und grünes Licht wird gegeben.
June 2013
Das BMBF fördert die Anträge "ZeitKatMat" (Zusammenarbeit mit Prof. Ronald Frahm und mit Prof. Andreas Jentys) und "Nanoskop" (Zusammenarbeit mit Prof. C.G. Schroer, TU Dresden) zur Ausnutzung neuester Methoden am Synchrotron in der Katalyse.
March 2013
Wilhelm and Else Heraues seminar on „Energy-related catalysis today and tomorrow: From fundamentals to application”
February 2013
The "Chair in Catalysis and Chemical Technology" is now since 3 years lead by Prof. Jan-Dierk Grunwaldt in Karlsruhe!
January 2013
Review Article with Prof. Dunin-Borkowski (Ernst Ruska Centre, Jülich/Achen) and Jakob Wagner (Center of Electron Nanoscopy, DTU, DK) in Chem. Cat.Chem.
August 2012
Start of Activities in NANOMICRO; more information here.
December 2011
Konstantin Hengst and Henning Lichtenberg start as PhD-student and postdoctoral researcher, respectively.
November 2011
Julia Engelke, Regina Weber and Tobias Günther start their diploma work in the fields of synthesis, exhaust gas catalysis and spectroscopy - welcome!
June 2011
Maria Casapu joins our group in the field of exhaust gas catalysis. Link to the exhaust gas centre with Prof. Dr. Olaf Deutschmann and Prof. Dr. Sven Kureti: here
The virtual institute "In-operando imaging of chemical and biological processes" is supported after a positive presentation in Berlin. One of the aims is the application of in situ microscopy on heterogeneous catalysts. Informations on recent job announcements you can find here.
April/May 2011
Sabrina Conrad, Meike Gotthardt, Roland Schoch in April and Joachim Reimer in May start their diploma work in the fields of spectroscopy, synthesis, exhaust gas catalysis and biomass conversion- welcome.
Martin Schubert joins the group in the field of biomass conversion. Welcome from Switzerland!
March 2011
16.3. - 18.3.2011: German catalysis conference - we hired a bus and go with AK Deutschmann to Weimar! All scientific staff join.
January 2011
Gian Luca and Georg join the group. Welcome!
The Institute for Catalysis Research and Technology (IKFT) at KIT-Campus North is founded. JDG is one of the four members of the extended directory board.
October 2010
Workshop on "Shining synchrotron light on catalysts - Needs and opportunities for the future" (organized by Matthias Bauer, Stefan Mangold (ANKA), Jan-Dierk Grunwaldt) on October 8, 2010, part of the Annual ANKA User Meeting, register here.
PD Dr. Sven Kureti moves to a Chair in Reaction Engineering as full professor to Freiberg. Congratulations!
September 2010
World Congress in Chemistry, 150 years after the first world congress in Karslruhe, 10 participants of our group
June 2010
BMBF accepts 2 proposals "Materials in Action" and "X-ray microscopy on catalysts" at German synchrotron radiation sources (ANKA and PETRA) with start in June 2010.
Our Helmholtz-Kolleg "Energy-related catalysis" is funded with start in October 2010. If you are interested in a master or PhD-thesis, please contact me directly.
February 2010
Start of our group in Karlsruhe.