Promotoren in katalytischen und funktionalen Werkstoffen

Promotoren bezeichnen in der Werkstoffkunde, insbesondere in der Heterogenkatalyse und bei funktionalen Oberflächen, Zusätze in meist geringer Konzentration, die die Aktivität, Selektivität oder Stabilität eines primären Wirkstoffes (z. B. eines Katalysators) gezielt verbessern, ohne selbst die Hauptfunktion zu tragen.

Typischerweise unterscheidet man strukturelle und elektronische Promotoren. Strukturelle Promotoren beeinflussen Morphologie, Kristallphase, Oberflächenbereich oder Dispersion des aktiven Materials. Beispiele sind Alkali- oder Erdalkalioxide, die als Stabilisatoren für Hochtemperaturphasen oder zur Verhinderung von Sinterung dienen. Elektronische Promotoren modifizieren die elektronische Struktur des Wirkstoffes, etwa durch Ladungsübertragung, Bildung neuer Oberflächenzustände oder Veränderung der Adsorptionsenergien von Reaktanten und Intermediaten.

Im Gegensatz zu klassischen Dotierstoffen in Volumenhalbleitern wirken Promotoren häufig an oder nahe der Oberfläche und sind speziell auf Grenzflächenprozesse zugeschnitten. Ihre Wirkung ist stark von Konzentration, Verteilung und chemischer Umgebung abhängig; geringe Änderungen können erhebliche Effekte auf Turnover-Frequenzen, Deaktivierungsraten oder Produktverteilung haben.

Die gezielte Entwicklung von Promotorsystemen erfordert eine Kombination aus quantitativer Oberflächenanalytik, in-situ/operando-Spektroskopie und theoretischer Modellierung (z. B. DFT). Für moderne energie- und ressourceneffiziente Prozesse (z. B. Elektro- und Photokatalyse, Abgasnachbehandlung) sind Promotoren ein zentrales Designelement, um zwischen thermodynamisch möglichen und kinetisch bevorzugten Reaktionspfaden zu steuern und die Langzeitstabilität unter realen Betriebsbedingungen sicherzustellen.

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