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Single-Site-Katalysatoren auf Basis von Metal-Organic Frameworks

concept

Unsere aktuellen Forschungsarbeiten haben zum Ziel, durch verschiedene Synthesestrategien neuartige Hybridkatalysatoren auf Basis von Metal-Organic Frameworks (MOFs) zu entwickeln, die in nachhaltigen feinchemischen Umsetzungen zum Einsatz kommen. In den beiden Feldern Materialsynthese und katalytischen Zielreaktionen liegt der Focus auf folgenden Projekten:

 

Synthese von Single-Site-Katalysatoren auf Basis von Metal-Organic Frameworks:

  • Metal-Organic Frameworks mit koordinativ ungesättigten Gittermetallzentren
  • Einführung von Koordinationsdefekten durch partiellen Einsatz von modifizierten Linkermolekülen
  • Metal-Organic Frameworks mit funktionellen Seitengruppen der organischen Linker
  • MIXMOFs mit gemischten organischen Linkermolekülen
  • Koordinationspolymere mit metallhaltigen Komplexverbindungen als Linker
  • Koordinationspolymere mit chiralen Linkermolekülen und Metallkomplexen
  • Postsynthetische Modifizierung von Metal-Organic Frameworks
  • Kovalente Immobilisierung von Metallkomplexen

 

Nachhaltige katalytische Umsetzungen und mechanistische Untersuchungen:

  • CC- und CX-Kupplungsreaktionen für feinchemische Synthesen
  • Aktivierung von Luftsauerstoff für selektive Oxidationsreaktionen in flüssiger Phase
  • Kohlendioxid als neuartiges Lösungsmittel und nachhaltiger C1-Synthesebaustein in der organischen Chemie
  • enantioselektive Umsetzungen zu chiralen organischen Produkten
  • Ausnutzung der Porenstruktur für größen- bzw. formselektive Reaktionen
  • Charakterisierung der MOF-basierten Katalysatoren und mechanistische Studien zu Reaktionsmechanismen mittels moderner röntgenbasierter und spektroskopischer Methoden (ex situ und in situ)

 

Energie-relevante Katalyse

In diesem Bereich beschäftigen wir uns mit der Herstellung und Optimierung von neuartigen Heterogenkatalysatoren für aktuelle energie-relevante Anwendungen. Diese Arbeiten finden im Rahmen der programm-orientierten Forschung der Helmholtz-Gemeinschaft in Kooperation mit Prof. J.-D. Grunwaldt und weiteren Kollegen am KIT statt und werden aktuell in den Programmen "Erneuerbare Energien" sowie "Speicher und vernetzte Infrastrukturen" gefördert. Unsere Arbeiten in den beiden Bereichen Katalysatorsynthese und katalytischer Anwendung umfassen dabei folgende Themen:

 

Katalysatorsynthese:

  • konventionelle Präparationsmethoden (Imprägnierung, pH-kontrollierte Fällung, Sol-Gel-Verfahren)
  • Hydrothermale Syntheserouten
  • Flammsprühpyrolyse
  • Synthese bimetallischer Katalysatoren
  • Ersatz von Edelmetallkatalysatoren durch nachhaltige Übergangsmetalle

 

Katalytische Anwendungen und mechanistische Untersuchungen:

  • Veredelung von Biomasse-Plattformmolekülen
  • Synthese höherer Alkohole aus Ethanol und Synthesegas
  • Methanisierung von Kohlendioxid
  • Satzweise und kontinuierliche Verfahren bei erhöhtem Reaktionsdruck
  • Reaktionen unter dynamischen Reaktionsbedingungen
  • Detaillierte Charakterisierung der Katalysatorsysteme und Studien zu Reaktionsmechanismen mittels moderner röntgenbasierter und spektroskopischer Methoden (ex situ und in situ)