Auf Grund der schwindenden Menge fossiler Brennstoffe sowie deren negativem Einfluss auf das Klima und die Gesundheit der Bevölkerung ist es nötig einen alternativen Energieträger wie Wasserstoff zu verwenden. Für eine technisch relevante Speicherung von H2 in Form von chemischen Energieträgern wie Methanol oder Ameisensäure, ist die Entwicklung effizienter Katalysatoren maßgeblich.1 Besonders von Interesse als Katalysatoren für die Bildung und Zersetzung von Ameisensäure (FA) sind dabei feste molekulare Katalysatoren (SMCs), da sie die Vorteile von homogenen und heterogenen Katalysatoren vereinen.1-6 Eine der Herausforderungen bleibt jedoch bis heute ihr technischer Einsatz in kontinuierlichen Prozessen. Daher wurden in diesem Projekt anhand von Polyphosphinen (Ru@p(C3-P)), Terpyridin-haltigen Polymeren (Ir@PyrTerpy) und kovalenten Triazinnetzwerken (Ir@CTF) Fragen des Quellverhaltens, der Formgebung und Beschichtung neben der Langzeitstabilität betrachtet.
Modellhaft für die SMCs wurde eine Optimierung des Quellverhaltens an BIANP-haltigen Polymeren (p(CX-P)) durchgeführt. Dafür wurde neben Verwendung von alternativen 1D-,2D- oder 3D-verbrückenden Bausteinen auch die Zugabe von zusätzlichem Linker betrachtet. Das optimierte Material zeigte mit 1,0 g aufgenommenem Lösemittel pro g Polymer ein für polyaromatische Netzwerke niedriges Quellverhalten. Das optimierte Katalysatormaterial wurde in einzelnen Chargen und kontinuierlichen Versuchen untersucht, um seine technische Relevanz vor allem auch im Hinblick auf seine Langzeitstabilität zu evaluieren. Mit einer maximalen TOF (engl. „Turnover Frequency“, Zahl der pro Metallatom pro Zeiteinheit katalysierten Reaktionen) von 120 000 h-1 und einer TON (engl. „Turnover Number“, Gesamtzahl an Reaktionen pro Metallatom) von 920 000 wurde ein technisch interessantes Material synthetisiert und vollständig charakterisiert.
Die für technische Anwendung ebenfalls interessante Formgebung solcher Katalysatorsysteme gelang durch Herstellung von anorganisch-organischen Hybridmaterialien. Durch die Beschichtung von porösen Glasträgern mit maßgeschneiderten Organosilanen gelang sowohl für CTFs, Terpyridin-Gerüstverbindungen als auch für die im ersten Arbeitspaket untersuchten Polyphosphine eine kovalente Anbindung an die Oberfläche. So hergestellte Hybridkatalysatoren erwiesen sich als näherungsweise so effiziente Katalysatoren wie ihre nicht hybriden Analoga bei vereinfachter Handhabung. In weiteren Studien wurde der Druckabfall dieser Materialien beleuchtet und ihre Langzeitstabilität in Strömungsrohrreaktoren untersucht
1. A. Kann, H. Hartmann, A. Besmehn, P. J. C. Hausoul and R. Palkovits, ChemSusChem, 2018, 11, 1857-1865.
2. S. Yuan, X. Li, J. Zhu, G. Zhang, P. Van Puyvelde and B. Van der Bruggen, Chemical Society Reviews, 2019, 48, 2665-2681.
3. A. V. Bavykina, M. G. Goesten, F. Kapteijn, M. Makkee and J. Gascon, ChemSusChem, 2015, 8, 809-812.
4. P. J. C. Hausoul, C. Broicher, R. Vegliante, C. Göb and R. Palkovits, Angewandte Chemie International Edition, 2016, 55, 5597-5601.
5. R. Sun, A. Kann, H. Hartmann, A. Besmehn, P. J. C. Hausoul and R. Palkovits, ChemSusChem, 2019, 12, 3278-3285.
6. G. H. Gunasekar, H. Kim and S. Yoon, Sustainable Energy & Fuels, 2019, 3, 1042-1047.