Strukturelle und dynamische Einblicke in molekular-modifizierte Katalysatoren durch die Kombination von Festkörper-NMR-Spektroskopie und Computersimulationen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Alexis Bordet; Professorin Maria Fyta, Ph.D.; Professor Dr. Thomas Wiegand
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564834393

Die ständige Weiterentwicklung von Katalysatoren ist von entscheidender Bedeutung, um den zunehmenden Bedarf an alternativen erneuerbarer Energiequellen und chemischen Rohstoffen zu bewältigen. Katalysatoren sind essentiell, um die Aktivierung und Bildung chemischer Bindungen zu steuern, z.B. für die Umwandlung erneuerbarer Kohlenstoffquellen (z. B. CO2 und aus Biomasse gewonnene Substrate und Zwischenprodukte) in Chemikalien mit hohem Mehrwert. Daher werden derzeit in Wissenschaft und Technik umfangreiche Anstrengungen unternommen, um multifunktionale katalytische Systeme mit verbesserten Eigenschaften zu entwickeln. In diesem Zusammenhang hat die Entwicklung katalytischer Systeme, die aus Metallnanopartikeln (NPs) auf molekular modifizierten Oberflächen (MMSs) bestehen, in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit im Bereich der Materialchemie erregt. Dies gilt insbesondere für Anwendungen in der Katalyse, wo sie eine konzeptionell neue Strategie für die Entwicklung multifunktionaler Katalysatoren (NPs@MMSs) mit maßgeschneiderter Reaktivität eröffnet. Das Interesse an NPs@MMS-Materialien als multifunktionale Katalysatoren für Syntheseanwendungen liegt auf der Hand, doch sind noch erhebliche Anstrengungen erforderlich, um ihr Potenzial vollständig zu erschließen. Obwohl räumliche Nähen zwischen den NPs und dem Modifier nachgewiesen wurden, ist das grundlegende Verständnis der molekularen Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Katalysatorkomponenten und ihrer Auswirkungen auf die katalytischen Eigenschaften derzeit noch weitgehend unerforscht. Dies ist natürlich von entscheidender Bedeutung für die zielgerichtete Entwicklung von NPs@MMS-Katalysatoren. In diesem Sinne planen wir, moderne Syntheseverfahren und die analytische Charakterisierung mittels der Festkörper-NMR-Spektroskopie und Computersimulationen am Beispiel von immobilisierten ionischen Flüssigphasen zu kombinieren, um die folgenden Fragen zu beantworten: • Wie sind die einzelnen Komponenten auf NPs@MMSMaterialien angeordnet? • Welche molekularen Wechselwirkungen existieren zwischen diesen Komponenten? • Wie hängen räumliche Anordnung, strukturelle Dynamik und Wechselwirkungen mit den katalytischen Eigenschaften zusammen? • Können die abgeleiteten Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für die zielgerichtete Entwicklung besserer Katalysatoren genutzt werden?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen