4. Grundlagen der heterogenen Katalyse

Aus der Definition der heterogenen Katalyse folgt, dass mindestens einer der an der chemischen Reaktion beteiligten Reaktionspartner eine mehr oder weniger intensive Wechselwirkung mit der Feststoffoberfläche eingehen muss. Die daraus resultierende Reaktandenanlagerung an die Oberfläche eines Feststoffes bezeichnet man als Adsorption. Das bedeutet, dass jede heterogen katalysierte Reaktion in der adsorbierten Phase stattfindet. Als Reaktionsort gilt die für die Adsorption des Reaktanden verfügbare aktive Oberfläche des Katalysators, die im Falle von kompakten Katalysatoren durch die äußere (geometrische) Oberfläche und bei porösen Katalysatorsystemen vornehmlich durch die innere Oberfläche des porösen Feststoffes bestimmt wird. Man spricht deshalb bei Reaktionen, die an der Phasengrenzfläche ablaufen, von Oberflächenreaktionen. Die Reaktionsprodukte verlassen die aktive Oberfläche durch die sich anschließende Desorption. Vielfach werden die beschriebenen Vorgänge von Stofftransportvorgängen begleitet, die den Reaktionsablauf beeinflussen können. Dazu gehören der Transport der Reaktionspartner aus der fluiden Phase an die Katalysatoroberfläche und der Abtransport der Reaktionsprodukte wieder in die umgebende Phase zurück. Da bei chemischen Reaktionen zudem Wärmeumsätze auftreten, ist neben dem Stofftransport auch der Wärmetransport zu beachten, der zu lokalen Temperaturgradienten sowohl innerhalb des Katalysatorkorns durch die Wärmeleitung als auch zwischen dem Katalysator und der umgebenden fluiden Phase durch den Wärmeübergang führen kann.