Nachhaltige Umwandlung von Biomasse-Plattformmolekülen zu wertvollen C1-Synthesebausteinen durch selektive heterogenkatalytische Oxidation

• Antragstellerin: Professorin Dr. Angelika Brückner
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431189789

Gegenwärtig führen die meisten Biomasse-Verwertungsprozesse zu einer Verteilung verschiedener Cn-Produkte (n>1), was eine kostspielige Trennung erfordert. Deshalb ist die Steuerung dieser Prozesse hin zu einer bevorzugten Bildung bestimmter Zielprodukte notwendig. Dies gelingt aber nur mit maßgeschneiderten Katalysatoren, für deren Entwicklung ein tieferes Verständnis von Struktur-Reaktivitäts-Beziehungen unabdingbar ist. Das Hauptziel dieses Projektes ist es deshalb, Biomasse-Plattformmoleküle durch oxidative C-C-Spaltung selektiv in einfache C1-Moleküle zu überführen (HCHO oder HCOOH), die ein hohes Potential als Bausteine für chemische Synthesen und/oder als Energiespeicher haben. Zu diesem Zweck sollen bifunktionelle kupferbasierte Trägerkatalysatoren mit unterschiedlichen Säure-Base-Eigenschaften der Oberfläche und unterschiedlicher räumlicher Ausdehnung der aktiven Cu-Zentren hergestellt werden. Es werden Trägermaterialien mit verschiedener Porengröße und Porenstruktur (Zeolith Y, mesoporöse MCM- und/oder SBA-Materialien) verwendet, da die Einbettung aktiver Spezies in das Porensystem des Trägers sowohl deren Struktur und Größe als auch die Reaktionswege vom Edukt zu den Produkten bestimmen kann. Um die Selektivität zu den Zielmolekülen HCHO und/oder HCOOH zu steigern, soll neben Kupfer ein Zweitmetall eingeführt werden, das dafür bekannt ist, die C-C-Bindungsspaltung, jedoch nicht die Totaloxidation zu CO2 zu fördern (z. B. Pd, Ag oder Ni). Auf dieser Basis wird eine Matrix von Katalysatoren mit gezielt variierten Eigenschaften erstellt. Die Katalysatoren werden umfassend mit analytischen Standardmethoden charakterisiert, sowie unter Reaktionsbedingungen mit geeigneten in situ/operando-Techniken studiert. Durch die integrierte Auswertung aller Ergebnisse aus katalytischen Tests und spektroskopischen Studien sollen Hinweise für die Optimierung von Katalysatoren hinsichtlich gewünschter Zielprodukte abgeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Mitverantwortlich: Dr. Jabor Rabeah
• Kooperationspartner: Professor Dr. Feng Shi