Trägergebundene  Katalyse für innovative Bio-, Nano- und Umwelttechnologie

Nachwuchsforschergruppe

Buildmona
Gefördert von: EU Sachsenwappen Esf in Sachsen

Präparation, physikalisch-chemische Charakterisierung und Testung von Metall(oxid)trägerkatalysatoren

Ziel ist das effiziente und umweltfreundliche Aufbringen von katalytisch aktiven Metall(oxid)nanopartikeln auf porösen Trägern unter Nutzung von überkritischem Kohlendioxid. In fachübergreifenden Kooperationen sollen geeignete Metall(oxid)vorläuferkomplexe identi-fizier, präpariert und für die Abscheidung aus überkritischer Lösung erprobt werden. Diese werden vor allem für Anwendungen im oxidativen Abbau von Luft- und Wasserschadstoffen erprobt und auf ihr Potential für den prozessintegrierten Umweltschutz hin untersucht. Auf der Basis verschiedener Charakterisierungsmethoden wie TPR/TPO, XRD, HRTEM, 3D-Computertomographie oder XPS sollen die katalytischen Eigenschaften der präparierten Materialien beurteilt und gezielt verbessert werden.

Polymere monolithische Trägermaterialien als Träger für katalytisch aktive bimetallische Katalysatoren

Bidentate Liganden mit gleichen (P, P) oder unterschiedlichen Donoratomen (P, N, O, etc.) und variablen (funktionalisierten, chiralen) Spacern werden zur Darstellung von katalytisch aktiven homo- und heterobimetallischen Komplexen genutzt, in denen beide Metallatome synergistisch die Aktivierung kleiner Moleküle (Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserstoff, Alkene, Alkane, speziell Methan, u.a.) erlauben sollen. Diese molekularen Vorläufer sollen unter Nutzung funktioneller Gruppen im Rückgrat der bidentaten Liganden auf polymeren monolithischen Systemen immobilisiert werden. Ein Vergleich der katalytischen Aktivität (homogen/heterogen) wird durchgeführt und auch die Frage des Katalysatorblutens unter katalytischen Bedingungen wird eingehend untersucht.

Katalytisch aktive Metal-Organic Frameworks (MOFs)

In diesem Teilprojekt sollen unterschiedliche MOFs und ihre Anwendungen in der heterogenen Katalyse untersucht werden. Im Unterschied zu den seit Jahren bekannten Zeolithen bieten MOFs durch chirale Linker-Liganden (Chiralität im Gerüst oder an Seitengruppen) oder durch eine chirale Porenstruktur das Potential als Katalysatoren für enantioselektive Reaktionen. Einsatzbereiche, die hier verfolgt werden, liegen im Bereich der Redoxkatalyse.

Selektive homogene (schaltbare) Katalysatoren

Steuerliganden, die sich durch die Variation der Substituenten leicht in ihren sterischen und elektronischen Eigenschaften modifizieren lassen, werden entwickelt, insbesondere solche auf Ferrocen-Basis (planar-chirale, P-chirale Verbindungen), die maßgeschneiderte katalytische Reaktionen ermöglichen sollen (regio-, chemo- und stereoselektive katalytische Prozesse). Durch Fixierung des Ferrocen-haltigen Katalysators auf einer Elektrodenoberfläche sollen (elektrisch) schaltbare Katalysatoren entwickelt werden. Ebenso sollen durch UV-aktive Substituenten die Donor-Akzeptor-Eigenschaften der Phosphane photochemisch gesteuert werden.

Verkapselung von katalytisch aktiven Metallkomplexen

Die Verkapselung von katalytisch aktiven Metallkomplexen durch spontane Selbstaggregation katalytischer und strukturgebender Komplexbausteine (pinzetten-, klammer- oder schalenförmige Steuerliganden) als neuartige Methode der Reaktivitätssteuerung in der homogenen Katalyse wird untersucht. Durch die Größe und Form des Hohlraums und der Porenöffnungen um das Reaktionszentrum wird die katalytische Aktivität gezielt eingestellt.

Immobilisierte Biokatalysatoren

Enzyme als Biokatalystoren gewinnen zunehmend an Bedeutung in der Wirkstoffsynthese zur stereoselektiven Umsetzung spezifischer Substanzen, in der Waschmittelindustrie, in der Lebensmittelindustrie und in Diagnostikverfahren. Bei vielen Anwendungen stellt jedoch die Wiedergewinnung des Katalysators (Enzymes) oder das Ausbluten von immobilisierten Enzymen ein großes Problem dar. Im Rahmen der Nachwuchsforschergruppe sollen nun verschiedene Enzyme, die hydrolytische Spaltungen oder Redoxreaktionen katalysieren, mit unterschiedlichen Methoden immobilisiert werden. Dabei soll neben der Immobilisierungsstrategie auch das Trägermaterial variiert werden.

Nanokatalysatoren

Die Reinigung von kontaminierten Wässern ist eine grundlegende Aufgabe der Daseinsvorsorge, im globalen ebenso wie im regionalen Maßstab. Dies kann durch chemisch-katalytische Eliminierung von Schadstoffen und Verunreinigungen, z. B. pharmazeutischen Reststoffen oder halogenorganischen Verbindungen, erfolgen. Um Nanopartikel aus behandelten Wässern zuverlässig abtrennen zu können, sind magnetische Trägermaterialien und Nanokatalysatoren mit Teilchengrößen von 10 bis 1000 nm, die besondere Eigenschaften besitzen, von Vorteil. Gegenstand der Forschungsarbeiten ist ein neuer Katalysator zur selektiven Hydrodehalogenierung von halogenorganischen Verbindungen auf der Basis von Palladium auf Nanomagnetit. Er soll für die effiziente Vorort-Behandlung von Problemwässern entwickelt werden.