Der Markt für Platinkatalysatoren ist stark konzentriert; die zwölf größten Hersteller vereinen weltweit 68 % des Marktanteils auf sich. Heraeus bildet zusammen mit BASF und Johnson Matthey (Großbritannien) die erste Stufe und dominiert High-End-Sektoren wie Brennstoffzellen und Feinchemiekatalysatoren, während Heraeus mit seinen hochaktiven Platin-Trägerkatalysatoren (66,5 % des Weltmarkts) den Sektor der Autoabgasreinigung anführt und BASF über sein Catalyst-as-a-Service-Modell (CaaS) Edelmetallleasing und Technologielösungen anbietet. BASF bietet über das „Catalyst as a Service“-Modell (CaaS) Edelmetallleasing und Technologielösungen an, wodurch der Kapitaldruck der Kunden reduziert wird. Die zweite Stufe umfasst Evonik und chinesische Unternehmen wie Kaili New Material und Platinum Source Catalyst, die sich auf die Weiterentwicklung von Niedrigplatinierungstechnologien konzentrieren. Platinum Source Catalysts hat beispielsweise Katalysatoren der zweiten Generation aus einer Platin-Kobalt-Legierung entwickelt, die eine um 33 % geringere Platinbeladung und eine Zerfallsrate von nur 3 % über 30.000 Zyklen aufweisen und an eine Reihe von Unternehmen für Leistungsreaktoren geliefert wurden.
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Platinkatalysatoren werden nach ihrer Struktur in Mehrphasenkatalysatoren (Feststoff-Gas/Flüssigkeits-Reaktion) und homogene Katalysatoren (Flüssigkeits-Reaktion) unterteilt. Mehrphasen-Platinkatalysatoren dominieren (66,5 %), mit Trägerkatalysatoren:
- Aluminiumoxidträgertyp: wird für die Styrolhydrierung verwendet, mit einer spezifischen Oberfläche von 289,5 m²/g und einer Umwandlungsrate von 94,5 % (innerhalb von 100 Minuten);
- Kohlenstoffträgertyp: das Kernmaterial der Brennstoffzelle, aber der herkömmliche Platinkohlenstoff korrodiert leicht, was zur Ablösung von Platinpartikeln führt;
- Metalloxidträgertyp: wie etwa Pt/TiO₂-Ov, das Sauerstoffleerstellen zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit nutzt und eine dreimal höhere CO-Vergiftungsresistenz als herkömmlicher Pt-Kohlenstoff aufweist.
Zu den Anwendungsszenarien gehören Feinchemikalien mit 59,6 %, gefolgt von der Abgasreinigung von Kraftfahrzeugen (Dreiwegekatalysatoren) und Brennstoffzellen. Im Bereich der Wasserstoff-Brennstoffzellen liegen Platinkatalysatoren zur Reduzierung der Platinbeladung im Trend. Beispielsweise reduzieren einatomige Platinkatalysatoren die Menge um 90 %, die Membranelektrodenbeladung auf 0,02 mg/cm².
Die Hauptaufgabe von Platinkatalysatoren besteht darin, die Aktivierungsenergie der Reaktion zu reduzieren und die Reaktion bei niedrigen/mittleren Temperaturen zu beschleunigen, ohne sich selbst zu verbrauchen. In Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC), in denen der Platinkatalysator die kathodische Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) antreibt, weisen herkömmliche Platin-Kohlenstoff-Katalysatoren eine Massenaktivität von nur 0,7 A/mgPt auf. Monoatomare Platinkatalysatoren hingegen steigern die Aktivität über ein aktives Pt-N₄-Zentrum auf 3,86 A/mgPt (das 5,3-fache von kommerziellem Platin-Kohlenstoff) und sperren den 4-Elektronen-Pfad, um Nebenproduktkorrosion zu vermeiden. Die elektronische Metall-Träger-Wechselwirkung (EMSI) von Pt-Katalysatoren ist entscheidend für die Resistenz gegen Toxizität. Beispielsweise treiben in Pt/TiO₂-Ov Sauerstoffleerstellen den Elektronenfluss von TiO₂ zu Platin an, wodurch die CO-Adsorption geschwächt wird und die Stromdichte nach der Injektion von 1.000 ppm CO nur um 3,67 % abfällt, verglichen mit herkömmlichen Platin-Kohlenstoff-Zerfällen von über 10 %.
Die Leistungsfähigkeit von Platinkatalysatoren hängt von der Trägerstruktur und dem Platindispersionsprozess ab. Zu den Trägerinnovationen gehören: Stickstoffdotierter Kohlenstoff zur Verbesserung der Verankerungseffizienz von Platinatomen und Titandioxid-Sauerstoffleerstellen zur Optimierung der Elektronenleitung. Im Herstellungsprozess stellte die kontinuierliche Mikrowellenmethode einen Durchbruch dar – das Hubei College of Arts and Sciences verwendete ein gemischtes System aus Ethylenglykol und Mikrowellenstrahlung, um Platinnanopartikel mit einheitlicher Partikelgröße (3,02 nm) in 3 Minuten zu synthetisieren. Die Methanol-Elektrooxidationsaktivität erreichte bis zu 76,95 mA/cm², eine Steigerung von 63,6 % gegenüber kommerziellen Katalysatoren. Die Herausforderung der Massenproduktion liegt in der Stabilität der Dispersion auf atomarer Ebene. Die Universität Shanghai hat eine synergistische Strategie mit zwei Atomen (z. B. Pt-Fe-Paarung) entwickelt, um die Agglomeration bei hohen Temperaturen durch starke Metall-Träger-Wechselwirkungen zu verhindern. Die Pt-basierte Katalyse kombiniert Nano-Selbstassemblierung mit der Pt-Co-Übergittertechnologie, um das Problem der Partikelgrößenhomogenisierung und der großtechnischen Herstellung zu lösen. Derzeit senken die etablierten Unternehmen die Kosten durch eine Legierung mit niedrigem Platingehalt und Laserbehandlung und fördern die Entwicklung von Platinkatalysatoren mit einer Beladungskapazität von <0,05 mg/cm².
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