Maßgeschneiderte chemische Reaktionen im Nanobereich
Katalysatoren sind zur Beschleunigung der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen verwendete Verbindungen, die durch die Reaktionen nicht selbst verändert werden und deshalb immer wieder zum Einsatz kommen können. Katalysatoren kann man sich als chemische Heiratsvermittler vorstellen. Sie sollten nur jene Verbindungen zusammenbringen, die für ein gewünschtes Produkt erforderlich sind - das heißt, sie sollten eine Spezifität für die Resaktionssubstrate aufweisen - und damit sowohl die Effizienz der Produktion als auch die Reinheit des Endprodukts steigern. So unterliegt die Produktion von Feinchemikalien wie sie in Pharmazeutika, Nahrungsmitteln und Parfüms eingesetzt werden, oft durch die geringe Spezifität der Katalysatoren in den Synthesereaktionen gewissen Einschränkungen. Ziel des Projekts Nanocat ("Tailored nanosized metal catalysts for improving activity and selectivity via engineering of their structure and local environment") war deshalb die Verbesserung des Grundlagenwissens zu den Eigenschaften und zum Verhalten chemischer Katalysatoren im Nanobereich, wobei man die Bereitstellung besserer Katalysatoren im Fokus hatte. Die Forscher konzentrierten sich auf verschiedene Metalle gleicher Partikelgröße in verschiedenen lokalen Umgebungen, um den Zusammenhang zwischen den Katalysatoreigenschaften und deren Rollen bei den technisch wichtigen Hydrierungs-/Oxidations- und Isomerisierungsreaktionen nachzuweisen. Die Wissenschaftler stellten Katalysatoren her, die aus nanokleinen Metallpartikeln von industrieller Bedeutung bestanden, die in anorganische oder organische Matrizen eingebunden sind. Sie führten im Folgenden kinetische Untersuchungen durch, um die Katalysatoreigenschaften mit dem katalytischen Verhalten zu korrelieren. Die Arbeit an Modellen ermöglichte die Entwicklung eines klaren Bildes in Bezug auf die Reaktionsmechanismen für industriell relevante Reaktionen und die ausgewählten Katalysatoren. Mit der Ermittlung neuer grundlegender Kenntnisse über die Beziehung zwischen Metallpartikelgröße, lokaler Umgebung und katalytischer Leistung wurde die Herstellung von Katalysatorprototypen möglich. Nanocat hat das Verständnis des Partikelverhaltens im Nanobereich bei Metallkatalysatoren erweitert - darin steckt das Potenzial, die Katalysatorselektivität steigern zu können. Etliche industriell bedeutende Katalysatoren für die Pharma-, Lebensmittel- und Parfümindustrie weisen nun eine verbesserte Leistungsfähigkeit auf.
