ZUSCHRIFTEN Angew. Chem. 2000, 112, Nr. 21  WILEY-VCH Verlag GmbH, D-69451 Weinheim, 2000 0044-8249/00/11221-4075 $ 17.50+.50/0 4075 Katalytische Luftoxidationvon Kohlenmonoxid bei Raumtemperatur durch Rutheniumdioxid- Hydrat** Ling Zang und Horst Kisch* Die katalytische Oxidation von Kohlenmonoxid bei Raum- temperatur und Atmosphärendruck ist für Atemschutz und industrielle Luftreinigung von elementarer Wichtigkeit. Sie findet praktische Anwendung in Sicherheitsvorrichtungen für Bergbau, Weltraumtechnologie, Tiefseetauchen, Rauchgas- reinigung, Stabilisierung von CO 2 -Lasern und Brennstoffzel- len. [1] Auf Grund dieser enormen Bedeutung gibt es viele Bemühungen, die katalytische Oxidation bei Temperaturen unterhalb von 100 8C zu verbessern. Dabei wurde gefunden, dass auf Metalloxiden geträgerte Edelmetalle wie Au, Ag, Pd, Pt und Ru die Oxidation im Bereich von 30 ± 75 8C kataly- sieren können. [2] Ein typisches Beispiel ist Gold auf MnO x , Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , NiO und CuO als Trägermaterial. [3] Allerdings sind die meisten dieser Katalysatoren für eine praktische Anwendung ungeeignet, da sie an feuchter Luft einer anodischen Korrosion unterliegen. Aus diesem Grund gibt es vielfältige Anstrengungen, die wertvollen Edelmetalle durch gemischte Metalloxide zu ersetzen. Eines der bekann- testen Beispiele ist Hopcalit, [4] CuMn 2 O 4 , welches die aktive Komponente in diversen technischen Geräten ist. Weitere Beispiele sind SnO 2 /CuO-Gele, [5] Mn/Ag-Oxide, [6] Cu/Zn- Oxide, [7] und geträgerte PdCl 2 /CuCl 2 -Katalysatoren. [8] Im Folgenden berichten wir, dass ein einfaches binäres Oxid, Ruthenium iv)-oxid-Hydrat, ein effizienter Katalysator für die Raumtemperaturoxidation von Kohlenmonoxid an feuch- ter Luft ist. Obwohl dieses Oxid vielfach als Katalysator für die photochemische und thermische Oxidation von Wasser zu Sauerstoff eingesetzt wurde, [9, 10] konnten wir in der Literatur keinen entsprechenden Hinweis auf eine Oxidation von Kohlenmonoxid unter ähnlich milden Bedingungen finden. Raumtemperatur und ungetrocknete Luft unterscheiden sich signifikant von den experimentellen Bedingungen einer jüngst beschriebenen Reaktion, in der Kohlenmonoxid an der 110)-Fläche von Rutheniumdioxideinkristallen bei 600 K oxidiert wird; nachfolgendes Erhitzen auf höhere Tempera- turen rekonstituiert die Oberfläche. [11] Abbildung 1 zeigt die Umsatzkurven für die Raumtempe- raturoxidation von CO 0.8 Vol.-%) durch ungetrocknete Luft in Gegenwart einer mit RuO 2 ´ x H 2 O beschichteten Glasplatte. Nach 20 min Betrug der Umsatz zu CO 2 beinahe 40%. Die gute Stabilität des Katalysators folgt aus der nur geringfügigen ¾nderung der Umsatz-Zeit-Kurve, wenn nach 40% Umsatz wieder die ursprügliche Konzentration von CO eingestellt wird. Das Auftreten eines isosbestischen Punkts in den in situ gemessenen IR-Spektren deutet auf einen ein- heitlichen Reaktionsverlauf. Abbildung 1. Fünf Cyclen der katalytischen Raumtemperaturoxidation von CO durch ungetrocknete Luft in Gegenwart von RuO 2 ´ x H 2 O getrocknet bei 150 8C); X CO  CO-Umsatz. Die punktierten Geraden symbolisieren die Wiedereinstellung der anfänglichen CO-Konzentration 0.8 Vol.-%) nach einer Reaktionszeit von 20 min. Um den Einfluss der Trocknungstemperatur auf die kata- lytische Aktivität zu untersuchen, wurden die frisch gefällten Katalysatoren auf 60±600 8C erhitzt und anschlieûend bei 21  1 8C in Gegenwart einer CO/O 2 -Mischung des Partial- druckverhältnisses 1:1 getestet Tabelle 1). Die nicht erhitzte Probe enthielt 82Gew.-% Wasser und war kaum reaktiv. Wurde sie an der Luft getrocknet, stieg die Anfangsgeschwin- digkeit von 0.1 auf 5.3 mLmin 1 . Die höchsten Geschwindig- keiten und Umsätze von 80±90 mLmin 1 bzw. 42±46% nach 10 min) wurden erhalten, wenn die Trockung bei 150± 250 8C stattfand. Diese Pulver enthielten 9±10 Gew.-% Wasser. Temperaturen von 450 oder 600 8C ergeben Kataly- satoren, deren Aktivität fast so niedrig ist wie die der ungetrockneten Proben. Dieser markante Abfall der Aktivi- tät dürfte auf teilweiser Zersetzung oder Verkleinerung der spezifischen Oberfläche beruhen. Letztere kann durch Sinte- rungs- und Kristallisationsprozesse ausgelöst werden. [9] Wird der Katalysator auf Kieselgel aufgebracht, erreicht er schon bei relativ niedriger Belegung RuO 2 ´ x H 2 O/SiO 2  3/10 w/w)), eine Anfangsgeschwindigkeit von 71 mLmin 1 , wel- che dem bei 150 8C getrockneten, ungeträgerten Katalysator entspricht. Diese bessere spezifische Aktivität des geträgerten Metalloxids könnte an der groûen spezifischen Oberfläche des verwendeten SiO 2 340 m 2 g 1 ) und der daraus resultie- renden höheren Konzentration an katalytischen Zentren liegen. [*] Prof. Dr. H. Kisch, Dr. L. Zang Institut für Anorganische Chemie der Universität Erlangen-Nürnberg 91058 Erlangen Deutschland) Fax:  49)9131-857363 E-mail: horst.kisch@chemie.uni-erlangen.de [**] L.Z. dankt der Alexander-von-Humboldt-Stiftung für ein Stipendium. Tabelle 1. Abhängigkeit von Anfangsgeschwindigkeit v 0 [mLmin 1 ] und CO-Umsatz X CO [%] [a] nach 10 min vom Wassergehalt x H2O [Gew.-%], der nach unterschiedlichen Trocknungszeiten t bei verschiedenen Temperatu- ren T erreicht wird; pCO)/pO 2 )  1/1. T t x H2O v 0 X CO [8C] [h] [Gew.-%] [mLmin 1 ] [%] RT [b] 1.5 [b] 82 0.1 0.1 21 15 [c] 33 5.3 2.9 60 12 16 75 36 150 4 10 82 46 250 10 9 90 42 450 0.5 2 1.1 0.7 600 2 0.6 0.9 0.6 [a] Bezogen auf gebildetes CO 2 . [b] Wasserreiche Probe, nach Abfiltrieren 1.5 h an Luft bei Raumtemperatur gelagert. [c] An Luft.