Was ist ein Palladium-Katalysator?
Ein Palladium-Katalysator ist eine palladiumhaltige Verbindung, die zur Verwendung als Katalysator hergestellt wird.
Palladium (Elementsymbol: Pd) ist ein Mitglied der Platingruppe mit der Ordnungszahl 46. Palladium-Katalysatoren sind unverzichtbare Materialien für die organische Synthese und finden breite Anwendung in Bereichen wie der Arzneimittelforschung, der Synthese von Naturstoffen und der Polymersynthese.
Insbesondere die Palladium-Katalysatoren für Kreuzkupplungsreaktionen, für die im Jahr 2010 der Nobelpreis für Chemie verliehen wurde, sind weltweit bekannt. Kreuzkupplungsreaktionen sind Reaktionen, bei denen zwei Chemikalien selektiv miteinander verbunden werden. Es gibt viele verschiedene Arten von Palladium-Katalysatoren, die je nach den Rohstoffen und Reaktionen, für die sie verwendet werden, eingesetzt werden müssen.
Anwendungen von Palladium-Katalysatoren
Palladium wird in Katalysatoren, Dentalmaterialien, elektrischen und elektronischen Bauteilen und Schmuck verwendet. Palladium kann das 935-fache seines eigenen Volumens an Wasserstoff in sich aufnehmen und wird daher auch in Wasserstoffspeicherlegierungen verwendet.
Verbindungen auf Palladium-Basis, die für katalytische Anwendungen hergestellt werden, sind Palladium-Katalysatoren. Katalysatoren verändern sich selbst nicht vor oder nach einer Reaktion, aber sie verändern die Reaktionsgeschwindigkeit der Reaktanten. Sie bilden mit den Reaktanten Reaktionszwischenprodukte, und die Reaktion läuft über diese Reaktionszwischenprodukte ab.
Palladium-Katalysatoren werden häufig in der organischen Synthese eingesetzt. Insbesondere werden sie für die Synthese von Zielverbindungen durch Kreuzkupplungsreaktionen verwendet. Es ist ein wichtiges Material für die pharmazeutische Synthese und die Synthese von Naturstoffen. In den letzten Jahren findet es zunehmend Anwendung in Katalysatoren für die Abgasreinigung in Automotoren.
Funktionsweise von Palladium-Katalysatoren
Zu den typischen Palladium-Katalysatoren gehören Palladiumchlorid, Palladiumacetat und Palladiumkomplexe mit Phosphinliganden, die je nach Typ eine unterschiedliche Reaktivität aufweisen. Diese Katalysatoren finden breite Anwendung in der Arzneimittelforschung, der Naturstoffsynthese und der Polymersynthese.
Palladium wird auch in Dreiwegekatalysatoren im Automobilsektor verwendet. Ein ternärer Katalysator ist eine Vorrichtung, die in der Lage ist, schädliche Stoffe wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide aus den Abgasen von Kraftfahrzeugen zu entfernen. Verwendet werden Metalle wie Palladium, Platin und Rhodium.
Weitere Informationen über Palladium-Katalysatoren
1. Einsatz von Palladium-Katalysatoren zur Entgiftung von Autoabgasen
Autoabgase enthalten einen hohen Anteil an giftigen und umweltschädlichen Stoffen wie Stickoxide (Nox), Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC). Katalysatoren wandeln diese giftigen Bestandteile durch Oxidations- und Reduktionsreaktionen in harmloses Kohlendioxid, Wasser, Stickstoff und Sauerstoff um, und hier kommt Palladium zum Einsatz.
Andere Edelmetallelemente wie Platin und Rhodium werden ebenfalls als Katalysatoren verwendet. Palladium ist besonders gefragt, da es hauptsächlich als Katalysator in benzinbetriebenen Fahrzeugen verwendet wird.
Palladium-Katalysatoren werden nach dem Auspuffkrümmer eingebaut, wo sich die Abgase des Motors konzentrieren. Um die Kontaktfläche mit den Abgasen zu vergrößern, werden Palladium-Katalysatoren in Nanometergröße gleichmäßig in einer Keramik mit bienenwabenartiger Struktur verteilt.
Die Nachteile von Palladium-Katalysatoren bei der Verwendung zur Entgiftung von Autoabgasen sind, dass sie sehr teuer sind und außerdem vorher große Mengen zugeführt werden müssen, da sich der Katalysator während des Einsatzes bei hohen Temperaturen auf der keramischen Oberfläche bewegt und ansammelt, was die Oberfläche verkleinert. Als Reaktion auf die Erschöpfung der Palladiumressourcen werden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt, um die Verwendung von Palladium-Katalysatoren zu verringern.
2. Preis von Palladium-Katalysatoren
Palladium, das in Palladium-Katalysatoren verwendet wird, ist ein seltenes und teures Metall, das zehntausende USD pro Kilogramm kostet. Der größte Teil der Nachfrage nach Palladium entfällt auf Katalysatoren für Benzinfahrzeuge, so dass der Preis umso höher ist, je größer die Nachfrage nach Benzinfahrzeugen ist.
In den letzten Jahren ist der Palladiumpreis stark angestiegen. Dies ist auf eine große Lücke zwischen Angebot und Nachfrage zurückzuführen, da die Minenproduktion bei 200 t/Jahr liegt, während die Nachfrage 300 t/Jahr beträgt. Strengere Umweltvorschriften in den letzten Jahren und die steigende Nachfrage nach Benzinfahrzeugen in China und anderswo sowie Betrügereien bei der Abgasreinigung von Dieselfahrzeugen haben ebenfalls dazu beigetragen, den Anstieg der Nachfrage nach Benzinfahrzeugen zu beschleunigen.
Palladium wird hauptsächlich in Russland und Südafrika produziert, auf die der Großteil der Palladiumproduktion entfällt (40,5 % bzw. 37,5 % laut Daten von 2017). Die begrenzte Zahl der produzierenden Länder bedeutet, dass Lieferengpässe aufgrund politischer Instabilität und anderer Faktoren erhebliche Auswirkungen haben, und der jüngste starke Produktionsrückgang in Russland hat die Preise ebenfalls in die Höhe getrieben.