Katalyse

Bei katalysierten Reaktionen erfolgt die Produktbildung in Anwesenheit eines Stoffes, der unter Ausbildung eines intermediären Übergangszustands zwar maßgeblich an der Reaktion teilnimmt, aber schlussendlich unverändert aus ihr hervorgeht. Charakteristisches Merkmal dieses Zustandes ist, dass im Vergleich zum katalysatorfreien Übergangszustand eine geringere freie Aktivierungsenthalpie erforderlich ist. Unter Umständen ist es die damit einhergehende Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit, die erst nennenswerte Umsätze der Reaktanten erlaubt oder die Selektivität der Reaktion in die gewünschte Richtung lenkt. In der heterogenen Katalyse liegt der Katalysator zumeist in fester Form vor und die Reaktanten werden entweder gasförmig oder flüssig über den Katalysator geleitet. Liegen Katalysator und mindestens einer der Reaktanten in der gleichen Phase vor, wird dies als homogene Katalyse bezeichnet.

Für die heterogene Gasphasenkatalyse liegt unser derzeitiger Fokus auf den nachfolgenden Reaktionen:

• Erzeugung von Wasserstoff mittels Reformierreaktionen von Kohlenwasserstoffen (u. a. Methan, Biogas, Propan, Butan, Diesel, Kerosin) und Alkoholen (u. a. Methanol, Ethanol, Polyalkohole),
• Erzeugung von Wasserstoff mittels Partialoxidation von Propan und Biogas,
• Wasserstoffreinigung, d. h. Abreicherung von Kohlenmonoxid  mit Hilfe der Wassergas-Shift-Reaktion und der selektiven Oxidation von Kohlenmonoxid,
• Katalytische Verbrennung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) in Abgasen und Reinigung von Abgasströmen, die Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid oder Wasserstoff enthalten,
• Katalytische Verbrennung für die interne Beheizung von Plattenwärmeübertragerreaktoren,
• Methanolsynthese ausgehend von Synthesegas,
• Umsetzung von Methanol zu Benzin (Methanol-to-Gasoline, MTG),
• Umsetzung von Kohlendioxid zu Methan (Power to gas).

Beispiele für die heterogene Flüssigphasenkatalyse und Mehrphasenkatalyse sind:

• Herstellung von Biodiesel (einphasig)
• Suzuki-Kupplungsreaktionen (einphasig oder zweiphasig)
• Selektive Hydrierung von C-C-Dreifachbindungen (gas/flüssig)
• Hydrierung von Nitro-Gruppen (gas/flüssig)

Wir haben unter anderem die folgenden homogen katalysierten Reaktionssysteme bereits untersucht:

• Oxidationsreaktionen, z. B. Oktanal zur Oktansäure mit Manganacetat als Katalysator
• Veresterungen
• Enzymatische Oxidation von Glukose
• Photokatalyse, wie z. B. die Photooxygenierung von Dihydroxynaphtalin zu Juglon

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