CO2-Nutzung und Transformation durch Übergangsmetallaktivierung mittels Cobalt, Rhodium und lridium

• Antragsteller: Dr. Jens Langer
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262510921

Kohlendioxid ist eine reaktionsträge Verbindung von hoher thermodynamischer und kinetischer Stabilität. Aufgrund seiner nahezu unbegrenzten Verfügbarkeit in Verbindung mit dem niedrigen Preis, seiner Ungiftigkeit und leichten Handhabbarkeit ist Kohlendioxid eine hochinteressante alternative Kohlenstoffquelle für die Synthesechemie. Mit Blick auf die Weiterentwicklung und den zukünftig verstärkten Einsatz von CCS-Technologien (CCS: CO2 Capture and Storage) in Verbindung mit dem 2005 in Kraft getretenen Emissionsrechtehandel für CO2 ist ein weiterer Preisverfall für CO2 wahrscheinlich, was das wirtschaftliche Interesse an einer stofflichen Nutzung dieser alternativen Kohlenstoffquelle weiter steigern dürfte. Dem gegenüber stehen bisher nur wenige wirtschaftlich interessante chemische Prozesse, in denen CO2 als C1-Baustein Anwendung findet. Um CO2 in der Synthesechemie nutzen zu können, ist zunächst eine Aktivierung der Verbindung notwendig, die auf verschiedenen Wegen erreicht werden kann. Neben elektrochemischen Methoden oder dem Einsatz energiereicher Substrate können Metallverbindungen zur Aktivierung von Kohlendioxid eingesetzt werden, um stöchiometrische und katalytische Reaktionen unter Verwendung von CO2 zu realisieren.Im einfachsten Fall kommt es dabei zur Interaktion eines Kohlendioxidmoleküls mit einem Metallzentrum, was je nach Metall, der Oxidationsstufe des Metalls und des vorhandenen Ligandauxiliars zu Verbindungen unterschiedlicher Geometrie im Bezug auf das koordinierte Kohlendioxidmolekül führt. Hauptziele des Forschungsvorhabens sind die Synthese und der systematische Vergleich solcher CO2-Addukte der Metalle der Cobaltgruppe (Co, Rh, Ir) hinsichtlich ihrer Struktur und Reaktivität. Dabei soll der Einfluss der unterschiedlichen Koordinationsmodi des Kohlendioxids in seinen Metallkomplexen auf die Reaktivität der Verbindungen in Umsetzungen mit identischen Modellsubstraten unter vergleichbaren Bedingungen evaluiert werden, um Struktur/Reaktivitätsbeziehungen herauszuarbeiten. Ziel dieser Untersuchungen ist es, das prinzipielle Verständnis der elementaren Schritte der übergangsmetall-assistierten CO2-Aktivierung zu erweitern. Um die Komplexität der Systeme niedrig zu halten, werden sich die Arbeiten auf mononukleare Verbindungen konzentrieren, was eine Identifizierung und Quantifizierung der Einflussfaktoren der CO2-Aktivierung (z. B. Ligandbasizität, Gegenionen, Lösungsmittel) vereinfacht. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen entscheidend zur Entwicklung maßgeschneiderter Katalysatorsysteme der Metalle der Cobaltgruppe für katalytische CO2-Transformationen beitragen. Ein Hauptaugenmerk richtet sich dabei auf Umsetzungen der synthetisierten CO2-Verbindungen mit Wasserstoff, um dem Ziel einer effizienteren katalytischen Hydrierung von CO2 über Ameisensäure zu Methanol, als potentiellem Kraftstoff für Brennstoffzellen und konventionelle Antriebe, näher zu kommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen