Umweltfreundlichere Katalysatoren für die chemische Produktion
Die Chemieindustrie hat die Welt verändert und den Lebensstandard vieler Menschen angehoben, insbesondere durch Beiträge in den Bereichen Petrochemie, Pharmazie und Nahrungsergänzung. Da gesundheitliche und umweltbezogene Bedenken inzwischen eine größere Rolle spielen, sind auch eine höhere Nachhaltigkeit und geringere Umweltbelastung inzwischen wichtiger geworden. Umweltfreundliche Katalyse ist eines der Hauptziele. Katalysatoren lassen Reaktionen schneller und einfacher ablaufen, werden jedoch nicht selbst während der Reaktion verbraucht, sodass sie immer wieder verwendet werden können. Das EU-finanzierte Projekt NOMGCNP wurde ins Leben gerufen, um hoch effiziente heterogene Katalysatoren für organische Reaktionen zu synthetisieren. Heterogene Katalysatoren weisen einen anderen Aggregatzustand als die Reaktanten auf, typischerweise werden feste Katalysesysteme für Reaktionen in einem flüssigen Lösungsmittel verwendet. Die einfache Abscheidung des Katalysators aus dem Produktstrom förderte die Entwicklung kontinuierlich ablaufender chemischer Verfahren (im Gegensatz zur Produktion in Chargen). Die NOMGCNO-Wissenschaftler untersuchten verschiedene heterogene katalytische Systeme. Mesoporöses Kohlenstoffnitrid wurde verwendet, um Edelmetall-Nanopartikel aus Gold (Au), Palladium (Pd) oder deren Legierungen (Au-Pd) zu unterstützen. Die Systeme waren bei der Katalyse einer Benzylalkohol-Oxidation mäßig aktiv, die anschließende Abscheidung des Katalysators aus dem Reaktionsgemisch war jedoch problematisch. Die Au-Pd-Legierungen auf meso- und mikroporösen, von Carbid abgeleiteten Kohlenstoffen mit extrem großer Oberfläche wiesen eine ausgezeichnete Aktivität bei der Benzylalkohol-Oxidation auf, die mehr als doppelt so hoch war wie die der kommerziell erhältlichen aktiven, Kohlenstoff-immobilisierten Au-Pd-Nanopartikel. Graphenoxidschichten waren hervorragende anorganische Stabilisatoren zur Immobilisierung von Au-Pd-Nanopartikeln. Die Forscher demonstrierten erfolgreich die Bildung hoch zugänglicher und gut verteilter Au-Pd-Nanopartikel, die mit anorganischen Verbundwerkstoffen aus Graphenoxid-Titan-Schichten immobilisiert waren, um ternäre Hybridkatalysatoren zu erhalten. Sie katalysierten die Oxidation einer Reihe von Alkoholen mit vergleichbarer Aktivität und verbesserten die Stabilität im Vergleich zu ähnlichen Katalysatorsystemen, die auf organischen Molekülen wie Polyvinyl-Alkohol oder Polyvinylpyrrolidon immobilisiert sind. Darüber hinaus eigneten sich die ternären Hybridkatalysatoren ideal für die direkte Synthese von Wasserstoffperoxid aus Wasserstoffgas und Sauerstoff. Umweltfreundliche Katalyse ist ein wichtiges FuE-Ziel. Fortschritt in diesem Bereich wird sich wesentlich auf die Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit eines riesigen, sozioökonomisch bedeutenden Markts auswirken. NOMGCNP lieferte neuartige Katalysatoren, um die Position der EU auf dem globalen Markt zu sichern.
Schlüsselbegriffe
Chemische Produktion, umweltfreundliche Katalyse, heterogene Katalysatoren, Kohlenstoffnitrid, Metall-Nanopartikel
