In situ-Dynamik und Reaktionskinetik unter nanoskaligen Einschränkungen

• Antragsteller: Dr. Muslim Dvoyashkin, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270592295

Ein wesentlicher Schwerpunkt der modernen Katalyseforschung ist der Limitierung von chemischen Umsetzungen durch Stofftransport in mikro- und mesoporösen Materialien gewidmet. Häufig ist die Geschwindigkeit chemischer Umsetzung an solchen nanoporösen Katalysatoren durch Stofftransportvorgänge limitiert. Ein vertieftes Verständnis des molekularen Stofftransports in Katalysatoren mit nanoskaligen Poren ist daher ein lohnendes Ziel zur Erhöhung der Effizienz fester Katalysatoren für industrielle Anwendungen. In dem hier vorgeschlagenen Projekt sollen daher die Stofftransportvorgänge im Poreninneren von nanoporösen Katalysatoren während chemischer Umsetzungen mittels moderner NMR-Techniken, unter anderem unter Verwendung hyperpolarisierter Sondenmoleküle gezielt untersucht werden. Dabei soll auch die Ausbildung mehrerer Phasen im Poreninneren betrachtet werden, die insbesondere bei Umsetzungen von höhermolekularen Verbindungen auftritt. Diese Fragen sollen anhand der säure- oder basenkatalysierten Umsetzung von Fetten mit unterschiedlichen Alkoholen (wichtig für die Biodieselherstellung) an nanoporösen Feststoffkatalysatoren untersucht werden. Entsprechende mikro- und mesoporöse Katalysatoren sollen hergestellt und charakterisiert werden. Eine Variation der katalytischen Eigenschaften wird durch hydrophil/hydrophob Modifizierung der Oberflächen und durch Einbau katalytischer aktiven Komponenten (Erdalkalimetalloxide) erreicht. Erstmals sollen NMR-Diffusionsmessungen kombiniert mit dem Einsatz hyperpolsarisierten Xenons unter Reaktionsbedingungen der heterogenen Katalyse zum Einsatz kommen. Hieraus können vertiefte Erkenntnisse zu Stofftransport und Phasenverhalten unter den Bedingungen nanoskaliger Einschränkungen durch die Katalysatoren gewonnen werden. Diese Erkenntnisse sollen mit der in konventionellen katalytischen Experimenten in der Flüssigphase ermittelten, makroskopisch beobachtbaren Reaktionskinetik verknüpft und vor diesem Hintergrund interpretiert werden. Somit wird ein vertieftes Grundlagenverständnis der Vorgänge in nanoporösen Feststoffkatalysatoren durch die Nutzung moderner In-situ-NMR-Techniken erlangt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen