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TRR 247: Heterogene Oxidationskatalyse in der Flüssigphase – Materialien und Mechanismen in der thermischen, Elektro- und Photokatalyse
Fachliche Zuordnung
Chemie
Informatik, System- und Elektrotechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Physik
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Informatik, System- und Elektrotechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Physik
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2018
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Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388390466
In diesem Verbund haben sich 20 Forschungsgruppen der Ruhr-Universität Bochum, der Universität Duisburg-Essen, der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, des Max-Planck-Instituts für chemische Energiekonversion, des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung, beide Mülheim/Ruhr, und des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin, zusammengeschlossen, um im Rahmen eines Transregio-Sonderforschungsbereichs (SFB/TRR) ein ambitioniertes Forschungsprogramm umzusetzen, das die heterogene Oxidationskatalyse in der Flüssigphase umfassend untersucht. Durch gemeinsame Forschungsaktivitäten und eine umfassende koordinierte Ausbildung der im SFB/TRR arbeitenden Doktoranden werden enge Verbindungen zwischen den Gruppen des Verbunds und ein beschleunigter Erkenntnisgewinn gewährleistet.Das übergeordnete Ziel des SFB/TRR 247 ist es, ein rationales Design von neuen, kostengünstigen sowie hochaktiven und -selektiven Katalysatoren auf der Basis von Metallmischoxiden für selektive Oxidationsprozesse in der Flüssigphase zu ermöglichen. Damit will der SFB/TRR 247 einen Beitrag zur effizienten und nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen für die Herstellung von Chemikalien in einem post-fossilen Zeitalter leisten. Die ehrgeizige wissenschaftliche Vision des Konsortiums ist es, das grundlegende Verständnis katalysierter Oxidationsreaktionen an der Fest-Flüssig-Grenzfläche von Mischoxiden auf ein neues Niveau zu heben. Im Vergleich zur Gasphasenkatalyse an Metallen wird ein solches Verständnis durch eine höhere Komplexität in Struktur und Zusammensetzung auf beiden Seiten der Grenzfläche erschwert. Daher wurde eine dreistufige Forschungsstrategie entwickelt, die der Rolle der Realstruktur der Oxidoberfläche Rechnung trägt. Die Strategie umfasst (i) die Schaffung einer konsistenten Basis empirischen Wissens innerhalb eines vordefinierten Parametersatzes (Materialien und Reaktionen) in Form von Struktur-Zusammensetzung-Reaktivitäts-Korrelationen (Schwerpunkt der ersten Förderperiode), (ii) die Aufklärung von Reaktionsmechanismen und die Identifizierung aktiver Zentren, die für diese Korrelationen verantwortlich sind (Schwerpunkt der zweiten Förderperiode), und (iii) die Anwendung dieses neuen Wissens für Vorhersagen über den ursprünglichen Parametersatz hinaus, die ein rationales Design neuer Katalysatoren ermöglichen (Schwerpunkt der dritten Förderperiode). Die Struktur des SFB/TRR 247 vereint die für dieses Forschungsprogramm erforderlichen experimentellen und theoretischen Techniken aus Chemie, Physik und Ingenieurwissenschaften in drei Forschungsbereichen: A (Katalyse), B (Analyse) und C (Synthese).
DFG-Verfahren
Transregios
Laufende Projekte
- A01 - Thermische Katalyse: Aktivitäts- und Selektivitätsmuster von Übergangsmetalloxiden in verschiedenen Oxidationsreaktionen (Teilprojektleiter Behrens, Malte ; Muhler, Martin )
- A02 - Hochauflösende nanoelektrochemische Mikroskopie und Einzelpartikel-Elektrokatalyse zur Korrelation von Aktivität und Struktur (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Andronescu, Corina ; Schuhmann, Wolfgang ; Tschulik, Kristina )
- A04 - Oberflächenreaktivität von oxidischen Modellkatalysatoren (Teilprojektleiterin Roldan Cuenya, Beatriz )
- A05 - Quantenchemische Untersuchung katalytischer Zyklen an Übergangsmetalloxiden (Teilprojektleiter Hättig, Christof )
- A06 - Dichtefunktionaltheorie (DFT) und molekulardynamische Simulationen (AIMD) für die selektive Oxidation von Alkoholen und Diolen über Übergangsmetalloxiden in wässriger LösungWasser (Teilprojektleiter Exner, Kai Steffen ; Spohr, Eckhard )
- A07 - Oxidationskatalyse auf solvatisierten Übergangsmetalloxidoberflächen: Von wohl-definierten Modellen zum Pulverkatalysatorbett (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Behrens, Malte ; Schauermann, Swetlana )
- A08 - Untersuchung der Dynamik der thermischen Katalyse durch Schwingungsmodulations-Anregungsspektroskopie (Teilprojektleiter Muhler, Martin ; Najafishirtari, Sharif )
- A09 - Elektrokatalyse: Teilprozesse von Nanokatalysatortransformation und Oxidationsreaktionen auflösen (Teilprojektleiterinnen Linnemann, Julia ; Tschulik, Kristina )
- A10 - Molekulardynamik-Simulationen zur Oxidationskatalyse an komplexen Grenzflächen (Teilprojektleiter Behler, Jörg )
- A11 - Modulation der thermischen Oxidationskatalyse in der Flüssigphase mithilfe optischer Reize (Teilprojektleiter Mei, Bastian )
- B02 - Elementspezifische elektronische, magnetische und lokal-geometrische strukturelle Effekte in Mischoxiden (Teilprojektleiter Wende, Heiko )
- B03 - Verknüpfung von Ladungsträgerdynamik und Flüssigphasen-Oxidationskatalyse in Spinell- und Perowskit-Oxiden (Teilprojektleiter Bacher, Gerd ; Campen, Ph.D., Richard Kramer )
- B04 - Theoretisches Verständnis und Trends in der Reaktivität von Übergangsmetalloxiden: Rolle von Strukturmustern und Kontrolle des elektronischen Zustands (Teilprojektleiterin Pentcheva, Rossitza )
- B06 - Korrelative und Multi-modale Quasi In situ und Operando Spektroskopie und Mikroskopie (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter DeBeer, Ph.D., Serena ; Lunkenbein, Thomas )
- B08 - Multiskalenmethoden für die theoretische Spektroskopie von Oxidoberflächen unter Bedingungen der Oxidationskatalyse (Teilprojektleiter Neese, Frank ; Schmid, Rochus )
- B09 - Untersuchung der Rolle von Defekten bei der Entwicklung des aktiven Zentrums in Co-basierten Spinellen und wasserhaltigen Oxiden unter OER-Bedingungen durch korrelative Mikroskopie (Teilprojektleiterinnen Li, Ph.D., Tong ; Tschulik, Kristina )
- B10 - Operando Untersuchung der Oxidgrenzflächenstruktur unter Reaktionsbedingungen mittels Oberflächenröntgenbeugung (Teilprojektleiter Magnussen, Olaf )
- C01 - Synthese von Übergangsmetalloxiden mit kontrollierter Mesostruktur (Teilprojektleiter Behrens, Malte ; Tüysüz, Harun )
- C02 - Flammensynthese und -Modifikation von Perowskit-Katalysatoren (Teilprojektleiter Schulz, Christof )
- C03 - Synthese von Spinell-artigen Nanopartikeln mit maßgeschneiderter Morphologie und molekularen Metall-Oxo-Cluster-Modellsystemen (Teilprojektleiter Schulz, Stephan )
- C04 - Identifizierung von Zusammensetzungs-Prozess-Defekt-Struktur-Eigenschafts-Korrelationen in (La)-Co-X-Y-O-Dünnschicht-Materialbibliotheken (X, Y: Fe, V, Mn, Al, Mo, Ni) (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Li, Ph.D., Tong ; Ludwig, Alfred )
- C05 - Modifizierung dotierter Übergangsmetalloxid-Katalysatoren mit Real- und Modellstruktur durch gepulste Lasernachbehandlung (Teilprojektleiter Barcikowski, Stephan )
- INF - Forschungsdatenmanagement und KI-gesteuerte Wissensentdeckung (Teilprojektleiter Ludwig, Alfred )
- MGK - Graduiertenkolleg UnOCat (Understanding Oxidation Catalysts) (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Muhler, Martin ; Pentcheva, Rossitza ; Schuhmann, Wolfgang )
- S - Materialiencharakterisierung (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Hartmann, Nils ; Schulz, Stephan ; Tschulik, Kristina )
- Z - Zentrales Verwaltungsprojekt des SFB/TRR 247 (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Behrens, Malte ; Tschulik, Kristina )
Abgeschlossene Projekte
- A03 - Struktur-Aktivitätsbeziehungen in der heterogenen Photokatalyse (Teilprojektleiter Muhler, Martin )
- B01 - Strukturelle Charakterisierung von komplexen Oxidationskatalysatoren (Teilprojektleiter Winterer, Markus )
- B05 - In situ-Schwingungsspektroskopi (Teilprojektleiter Hasselbrink, Eckart )
- B07 - Hochentwickelte Transmissionselektronenmikroskopie und in situ-Röntgenspektroskopie (Teilprojektleiter Schlögl, Robert )
- C06 - Metallorganische Gerüstverbindungen als molekular definierte Single-Site-Katalysatoren und Vorstufen für bimetallische Co/Fe-Materialien in Oxidationsreaktionen in flüssiger Phase (Teilprojektleiter Kleist, Wolfgang )
Antragstellende Institution
Ruhr-Universität Bochum
Mitantragstellende Institution
Universität Duisburg-Essen
Beteiligte Hochschule
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Beteiligte Institution
Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft (FHI); Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (CEC); Max-Planck-Institut für Kohlenforschung
Sprecherinnen / Sprecher
Professor Dr. Malte Behrens, bis 6/2022; Professorin Dr. Kristina Tschulik, seit 7/2022