Gel-Matrix-basierte Synthese von porösen Metalloxid-Mikrostrukturen als Katalysatoren in Mikroflussreaktoren

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk Kuckling; Professor Dr. Michael Tiemann
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569957817

Gegenstand dieses Vorhabens ist die Herstellung und Testung von Mikroflussreaktoren (Plug-Flow-Mikroreaktoren, MPFR), in denen verschiedene Metalloxide (z.B. TiO2, Fe2O3, CuO, CoOx) als katalytisch aktive Spezies eingebettet sind. Die Metalloxide liegen als Mikrostrukturen vor (mit periodischen Mustern auf der Sub-Millimeter-Größenskala) und weisen Poren auf der Nanometer-Skala auf. Hierdurch wird eine effiziente Durchströmung des Katalysators in Kombination mit einer großen spezifischen Oberfläche erreicht. Neben der Synthese poröser Metalloxide sollen auch Edelmetall-Nanopartikel (Pd, Pt, Au) in poröse Trägermaterialien (etwa Al2O3, TiO2, SiO2) eingebettet werden. Die Herstellung der Mikrostrukturen erfolgt durch ein Abformungsverfahren. Hierbei werden Mikrostrukturen von quellbaren Hydrogelen oder Organogelen als porogene Matrices verwendet (z.B. Polyacrylamide, Oligoethylenglykolacrylate). Letztere werden durch photo-induzierte Polymerisation mittels mikrostrukturierter Masken erzeugt. Die anorganischen Edukte (etwa Metallsalze oder Alkoxide) werden in die Gele infiltriert und dort zu den Metalloxiden umgesetzt. Nach Entfernen der organischen Polymere (durch thermische Zersetzung) bleiben Nanoporen im Metalloxid zurück. Dieses Verfahren wurde von den Antragstellern bereits erfolgreich angewendet. Im Rahmen des Projekts sollen Modell-Mikroreaktoren mit Metalloxid-Mikrostrukturen unterschiedlicher Größe, Form und Geometrie erzeugt und für einige (photo-)katalysierte Modellreaktionen (Abbau von Farbstoffen, Epoxidierungen, Suzuki-Miyaura-Kupplungen) erprobt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen