Luftstabile Nickelphosphidkatalysatoren für reduktive Transformationen

• Antragstellerin: Dr. Constanze Neumann
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566186537

Effiziente Katalysatoren sind für die nachhaltige Produktion von Chemikalien von entscheidender Bedeutung. Durch die Senkung der Reaktionsbarrieren und die Maximierung der Selektivität für das gewünschte Reaktionsprodukt verringert ein guter Katalysator die erforderliche Wärmezufuhr, und minimiert den Bedarf an energieintensiven Reinigungsschritten. Die effizientesten Katalysatoren für viele Umwandlungen, insbesondere Reduktionsreaktionen, basieren auf Edelmetallen wie Platin und Palladium. Edelmetalle sind nicht nur knapp und teuer, ihre Gewinnung ist auch mit einer großen Freisetzung von CO2 verbunden. Übergangsmetallphosphide sind vielversprechende edelmetallfreie Alternativen, aber ihre katalytische Leistung wird durch eine geringe Dispersion auf Trägermaterialien und eine leichte Beschädigung der Katalysatoroberfläche durch Oxidation eingeschränkt. Das vorgeschlagene Projekt soll sicherstellen, dass eine hervorragende Dispersion kleiner (< 4 nm) Nanopartikel für eine Vielzahl von Übergangsmetallphosphiden und eine breite Palette von Trägern zugänglich ist. Wir werden einen Ansatz untersuchen, bei dem sowohl das Metallphosphid als auch ein schützender Oberflächenligand in einem Syntheseschritt hergestellt werden. Vorläufige Ergebnisse haben gezeigt, dass Phenylphosphat-Oberflächenliganden die Oberfläche von geträgertem Ni2P vor oxidativer Zerstörung schützen können, ohne den effizienten Substratzugang bei katalytischen Transformationen zu verhindern. Durch die Optimierung der Struktur von Oberflächenliganden wollen wir die oxidative Stabilität von Metallphosphiden sowie ihre Leistung bei der Alkin-Halbhydrierung und der reduktiven Umwandlung von Nitroarenen maximieren. Vorläufige Ergebnisse zeigen, dass durch Syntheseoptimierung geträgerte Übergangsmetallphosphidkatalysatoren zugänglich sind, die mit der Aktivität palladiumhaltiger Benchmark-Katalysatoren mithalten können. In der vorgeschlagenen Arbeit wollen wir zeigen, dass die Übergangsmetallphosphidkatalyse ebenfalls auf komplexe Substrate anwendbar ist und dass die Katalysatoren eine vergleichbare Recyclingfähigkeit und Betriebsfreundlichkeit wie derzeit verwendete edelmetallhaltige Katalysatoren aufweisen können. Die gesammelten Erkenntnisse und optimierten Materialien werden bei der Entwicklung reduktiver Kupplungsreaktionen von Nitroarenen zur Herstellung wertvoller substituierter Arylamine eingesetzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen