Verständnis der katalytischen Eigenschaften verschiedener Seltenerdoxide: Auf dem Weg zum wissensbasierten Design von Katalysatoren mithilfe quantenchemischer Rechnungen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Lyudmila V. Moskaleva
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258763616

Seltenerdoxide (REO) sind vielversprechend als vielseitige Katalysatoren für verschiedene chemische Transformationen von wirtschaftlicher Bedeutung. Deren volles Potenzial ist aber noch nicht ausreichend erkundet, weil es an einem detaillierten, grundlegenden Verständnis der katalytischen Eigenschaften der REO-Serie fehlt. Das Ziel des Projekts ist zweifach: (i) Die unterschiedlichen katalytischen Eigenschaften der gesamten REO-Serie sollen mit Hilfe ihrer ersten systematischen quantenchemischen Modellierung auf atomarer Skala erklärt werden, und (ii) dieses Wissen soll die Konzeption neuer Katalysatoren für die oxidative Kopplung von Methan (OKM) - ein wirtschaftlich höchst attraktives, aber noch nicht in die Praxis umgesetztes Verfahren zur Umwandlung von Erdgas in Mehrwert-Chemikalien - unterstützen. Das Projekt verfolgt einen innovativen Weg zum wissensbasierten Design von Katalysatoren mit einstellbaren Eigenschaften auf der Basis von Mischoxiden. Unser Forschungsteam zielt darauf, einen hocheffizienten Katalysator für OKM zu finden, was für einen Durchbruch in diesem Bereich der Forschung entscheidend ist. REOs mit ihrer außergewöhnlich hohen Sauerstoffmobilität und der Bandbreite unterschiedlicher oxidierender Wirkung innerhalb der REO-Serie scheinen ideal für diesen Zweck geeignet zu sein. Es gibt nur wenige theoretische Studien über REOs, da diese Systeme den Einsatz von fortgeschrittenen Elektronenstrukturmethoden und hoher Rechenleistung erfordern. Doch durch rapide Fortschritte in der computergestützten Chemie, die Verfügbarkeit neuer Rechenwerkzeuge und die wachsende Kompetenz der Theoretiker in der Modellierung von heterogenen katalytischen Reaktionen ist eine solch komplexe Aufgabe heutzutage bereit, in Angriff genommen zu werden. Die theoretische Studie wird parallel zu den experimentellen Aktivitäten der Kooperationspartner an derselben Universität (Prof. M. Bäumer) durchgeführt. Wir werden Katalysatoren-Entwickler durch eine Vorauswahl der Deskriptoren der katalytischen Aktivität und durch die Bewertung dieser Deskriptoren bei sorgfältig ausgewählten Modellsystemen unterstützen, bevor die eigentlichen Katalysatoren hergestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Spanien
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Marcus Bäumer; Professor Dr. Thorsten Klüner; Professor Dr. Konstantin M. Neyman