Isolierte Metallatome für bessere selektive Hydrierung

In der heterogenen Katalyse ist Selektivität mittlerweile zum wichtigsten Thema geworden, da unerwünschte oder sogar schädliche Nebenprodukte und energieaufwendige Trennprozesse vermieden werden müs sen. 1 - Buten ist wichtig für die Herstellung vieler Polymeren, enthält jedoch meist geringe Mengen an 1-Butin, die den Polymerisationsprozess vergiften. Die selektive Hydrierung von 1-Butin zu 1-Buten, die Vermeidung der Isomerisierung zu trans- und cis-2-Buten sowie Hydrierung zu n-Butan ist dabei die Herausforderung. Derivate von Aminoalkylfuran stellen eine wichtige Klasse von biologisch aktiven Verbindungen dar und werden viefach als Pharmazeutika verwendet. Daher ist die Entwicklung effizienter, ökologisch sinnvoller Methoden zur Herstellung von Aminoalkylfuran von großem Interesse. 5-Hydroxymethylfurfurol, das aus nicht essbarer Lignocellulose-Biomasse erhalten wird, ist ein perfektes Ausgangsmaterial für die Synthese durch selektive reduktive Aminierung. Für beide genannten Anwendungen sind jedoch hochselektive Hydrierungskatalysatoren erforderlich. Heterogene katalytische Systeme, bei denen alle aktiven Zentren gleich sind und die gleiche Energie haben, werden single-site (single atom) Katalysatoren genannt. Die Äquivalenz der aktiven Zentren führt zu einer signifikant höheren Selektivität katalytischer Umwandlungen. In diesem Verbundprojekt zwischen der TU Wien und dem Boreskov-Institut für Katalyse (BIC) werden wir Einzelatomkatalysatoren verwenden, insbesondere einzelne Pd- (oder Pt-) Atome, die von weniger aktiven Au- (oder Ag-) Atomen umgeben sind, und für die selektive Hydrierung einsetzen. Es wird erwartet, dass die Isolierung einzelner Pd (Pt) -Atome (Vermeidung größerer Pd (Pt) -Ensembles) die Intermediate und somit die Selektivität und Verkokungsresistenz der aktiven Zentren stark beeinflusst. Für die Spaltung von C-C-Bindungen sind typischerweise zwei oder mehr benachbarten Pd (Pt) Atome erforderlich. Bimetallische PdAu (PtAu) oder PdAg (PtAg) Nanopartikel (Cluster) auf Aluminiumoxidträgern werden dazu mittels verschiedener physikalischer und theoretischer surface science Methoden charakterisiert. Wir werden einen dreifachen Ansatz verwenden, d.h. (i) surface science Modellkatalysatoren, (ii) industrielle Katalysatoren und (iii) theoretische Modellierung. Beide Forschungsgruppen verfügen über langjährige Erfahrung in diesen Bereichen. Die Gruppe an der TUW wird sich auf Modellkatalysatoren konzentrieren, während sich jene am BIC mit Industriekatalysatoren befassen wird. Parallel dazu wird dies er komplementäre experimentelle Ansatz durch komplementäres Computational Modeling (DFT) ergänzt: Einkristalle (slabs) in Wien und Cluster/Nanopartikel in Nowosibirsk. Nur durch diese gemeinsamen Anstrengungen werden grundlegende Einblicke in die Struktur und Eigenschaften von bimetallischen Einzelatomkatalysatoren mit verbesserter Stabilität und Selektivität ermöglicht, die dann auch schneller auf industrielle Anwendungen übertragen werden können.

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