Elektronische Modifikation von Kohlenstoffträgermaterialien für heterogene Katalysatoren durch Funktionalisierung mit Heteroatomen

Der größte Teil industrieller Herstellungsverfahren für chemische Produkte findet unter Nutzung eines Katalysators statt. Katalysatoren sind wichtig um eine nachhaltige Herstellung chemischer Substanzen zu erreichen. Meist sind Katalysatoren metallische Nanopartikel, d.h. Partikel mit Größen im Bereich weniger Nanometer). Aufgrund ihrer speziellen elektronischen Struktur und der großen Zahl an Oberflächenatomen können sie die gewünschten chemischen Umsetzungen induzieren. Um die Agglomeration dieser Partikel unter Reaktionsbedingungen zu vermeiden, werden sie oft auf anorganischen Substraten, so genannten „Trägern“, immobilisiert. Kohlenstoffnanomaterialien sind attraktive Träger für Metallnanopartikel, da sie eine hohe Oberfläche mit hoher thermischer und chemischer Stabilität kombinieren. Funktionelle Gruppen auf der Oberfläche des Kohlenstoffs können als Ankerpunkte für die Metallpartikel dienen und ihre Stabilität während der chemischen Umsetzung erhöhen. Darüber hinaus können Heteroatome (z. B. Stickstoff, Bor, Schwefel oder Sauerstoff) die elektronischen Eigenschaften des Kohlenstoffnetzwerkes und der katalytisch aktiven Metallpartikel beeinflussen. Wir untersuchen den Einfluss von Stickstoffdotierung an Kohlenstoffträgern mit maßgeschneiderter Struktur auf die Aktivität, Selektivität und Stabilität von Katalysatoren. Solche Modifizierungen können die Metallpartikel selbst, aber auch den Transport der Reaktanden/Produkte. sowie die Eigenschaften der Mikrometer großen Katalysatorpartikel beeinflussen. Wir streben ein tiefgreifendes Verständnis der elektronischen Eigenschaften der Trägermaterialien und ihres Einflusses auf die katalytischen Eigenschaften an, um heterogen katalysierte Prozesse auf dem Weg zu einer „grünen Katalyse“ energieeffizienter und nachhaltiger zu machen.