Prof. Dr. Regina Palkovits - Solid Molecular Catalysts

Vita

Diploma of Chemical Engineering Technical University Dortmund/ Germany (1998-2003)
PhD Student Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim a.d. Ruhr/ Germany (2003-2006)
PostDoc Utrecht University/ The Netherlands (2007)
Group Leader Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim/ Germany (2008-2010)
Associate Professor Nanostructured Catalysts, ITMC, RWTH Aachen University/ Germany (2010-2013)
Full Professor Heterogeneous Catalysis & Chemical Technology, ITMC, RWTH Aachen University/ Germany (since 2013)
Acting Director Institute of Chemical Technology & Makromoleculare Chemistry (ITMC), RWTH Aachen University/ Germany (since 2015)
Max Planck Fellow MPI CEC (since 2019)
Fellowships & Awards

  • 2019  Max Planck Fellow at the Max-Planck Institute of chemical Energy Conversion     
  • 2019  EFCATS Young Researcher Award
  • 2019  Exxon Mobil Science & Engineering Award
  • 2017  DECHEMA Award for outstanding scientific contributions, Dechema/Germany
  • 2015  FAMOS for family (award for family-friendliness of RWTH Aachen University
  • 2013  Max-Buchner Research Fellowship
  • 2011  Selected for the Capital-Project Young Elite “Four time forty below forty”
  • 2011  Award „100 Women of tomorrow“ of the initiative „Germany – Country of Ideas“
  • 2010  Innovation Award of North-Rhine-Westphalian Academy of Science/ Germany
  • 2010  Robert Bosch Junior Professorship of Robert Bosch Foundation/ Germany
  • 2010  Jochen-Block Award of the German Catalysis Society/ Germany
  • 2009  Award for “Comprehensible Science” of GKSS, Helmholtz Society/ Germany
  • 2008  „Fast-Track Fellowship” of Robert Bosch Foundation/ Germany
  • 2006  Hendrik Casimir – Karl Ziegler Research Award of Royal Netherlands Academy of Arts and Science and North Rhine-Westphalia Academy of Science and Arts
Publikationen
Publications

Full publications list | ORCID: 0000-0002-4970-2957

  • Kaya, K., Ditz, D., Jaworski, A., Chen, J., Monti, S., Barcaro, G., Budnyk, S., Slabon, A., Palkovits, R. (2023). Enhanced Solar CO2 Photoreduction to Formic Acid by Platinum Immobilization on Bipyridine Covalent Triazine Framework with Defects. Advanced Sustainable Systems, (xx): 2300071, pp. 1-12. doi:10.1002/adsu.202300071.
  • Favaro, M. A., Yang, J., Ditz, D., Kucukkececi, H., Alkhurisi, M. H., Bergwinkl, S., Thomas, A., Quadrelli, E. A., Palkovits, R., Canivet, J., Wisser, F. M. (2023). Pyrene- and Bipyridine-based Covalent Triazine Framework as Versatile Platform for Photocatalytic Solar Fuels Production. ChemCatChem, (15): e202300194, pp. 1-7. doi:10.1002/cctc.202300197.
  • Sackers, N. M., Iemhoff, A., Sautet, P., Palkovits, R. (2023). Understanding the structure of isolated iridium sites anchored on a covalent triazine framework. Catalysis Science & Technology, (13),2652-2655 doi:10.1039/d3cy00232b.
  • Mürtz, S. D., Musialek, F., Pfänder, N.,  Palkovits, R. (2023). Bimetallic PtCu/C Catalysts for Glycerol Assisted Hydrogen Evolution in Acidic Media. ChemElectroChem, (10): e202201114, pp. 1-7. doi:10.1002/celc.202201114.
  • Vennewald, M., Sackers, N. M., Iemhoff, A., Kappel, I., Weidenthaler, C., Meise, A., Heggen, M., Dunin-Borkowski, R. E., Keenan, L.,  Palkovits, R. (2023). Dynamics of palladium single-atoms on graphitic carbon nitride during ethylene hydrogenation. Journal of Catalysis, (421), 134-144. doi:10.1016/j.jcat.2023.03.011.
  • Li, Z., Yi, X., Wang, Q., Li, Y., Li, D., Palkovits, R., Beine, K., Liu, C., Wang, X. (2023). Selective Production of Glycolic Acid from Cellulose Promoted by Acidic/Redox Polyoxometalates via Oxidative Hydrolysis. ACS Catalysis, (13), 4575-4586. doi:10.1021/acscatal.2c05568.
  • Yan, D., Mebrahtu, C., Wang, S., Palkovits, R. (2023). Innovative Electrochemical Strategies for Hydrogen Production: From Electricity Input to Electricity Output. Angewandte Chemie, International Edition in English, (62) e202214333, pp. 2-21. doi:10.1002/anie.202214333.
  • Sebastian, J., Mebrahtu, C.,  Palkovits, R. (2023). Influence and stability of the surface density of MoOx on TiO2 in deoxydehydration: structure-activity correlations. Catalysis Science & Technology, (13), 1087-1097. doi:10.1039/d2cy01854c.
  • Iemhoff, A., Vennewald, M.,  Palkovits, R. (2023). Single-Atom Catalysts on Covalent Triazine Frameworks: at the Crossroad between Homogeneous and Heterogeneous Catalysis. Angewandte Chemie, International Edition in English, (62): e202212015, pp. 1-15. doi:10.1002/anie.202212015.
  • Merchan, A. L., Fischöder, T., Hee, J., Lehnertz, M. S., Osterthun, O., Pielsticker, S., Schleier, J., Tiso, T., Blank, L. M., Klankermayer, J., Kneer, R., Quicker, P., Walther, G.,  Palkovits, R. (2022). Chemical recycling of bioplastics: technical opportunities to preserve chemical functionality as path towards a circular economy. Green Chemistry, (24), 9428-9449. doi:10.1039/d2gc02244c.
  • Kipshagen, A., Baums, J. C., Hartmann, H., Besmehn, A., Hausoul, P. J. C.,  Palkovits, R. (2022). Formic acid as H-2 storage system: hydrogenation of CO2 and decomposition of formic acid by solid molecular phosphine catalysts. Catalysis Science & Technology, (12),5649-5656. doi:10.1039/d2cy00608a.

Top 10 Publications

  1. C. Broicher, M. Klingenhof, M. Frisch, S. Dresp, N. M. Kubo, J. Artz, J. Radnik, S. Palkovits, A. K. Beine, P. Strasser, R. Palkovits, Catalysis Science & Technology 2021, doi: 10.1039/d1cy00905b.
  2. M. O. Haus, A. Meledin, S. Leiting, Y. Louven, N. C. Roubicek, S. Moos, C. Weidenthaler, T. E. Weirich, R. Palkovits, ACS Catalysis 2021, 11, 5119-5134.
  3. C. Broicher, F. Zeng, N. Pfänder, M. Frisch, T. Bisswanger, J. Radnik, J. M. Stockmann, S. Palkovits, A. K. Beine, R. Palkovits, ChemCatChem 2020, 12, 5378-5384.
  4. X. Wang, A. K. Beine, P. J. C. Hausoul, R. Palkovits, ChemSusChem 2020, 13, 126-130.
  5. X. Wang, A. K. Beine, P. J. C. Hausoul, R. Palkovits, ChemCatChem 2019, 11, 4123-4129.
  6. R. Palkovits, S. Palkovits, ACS Catalysis 2019, 9, 8383-8387.
  7. A. K. Beine, C. Broicher, Q. Hu, L. Mayerl, T. Bisswanger, H. Hartmann, A. Besmehn, S. Palkovits, A.-H. Lu, R. Palkovits, Catalysis Science & Technology 2018, 8, 6311-6315.
  8. A. K. Beine, A. J. D. Krüger, J. Artz, C. Weidenthaler, C. Glotzbach, P. J. C. Hausoul, R. Palkovits, Green Chemistry 2018, 20, 1316-1322.
  9. P. J. C. Hausoul, A. K. Beine, L. Neghadar, R. Palkovits, Catalysis Science & Technology 2017, 7, 56-63.
  10. I. Delidovich, P. J. C. Hausoul, R. Pfützenreuter, M. Rose, R. Palkovits, Chemical Reviews 2016, 116, 1540-1599.
Gruppenmitglieder

Gruppenleiter*innen (Vertretungen)

Dr. Anna Katharina Beine (Gast)

PhD Studierende

Lea Hombach

Labor

Maximilian Conradt

Wissenschaftliche Hilfskräfte

Leon Rothe
Offene Stellen

Die Gruppe „Feste Molekulare Katalysatoren“ ist stets auf der Suche nach neuen talentierten Studierenden. Nehmen Sie dazu gerne Kontakt zu Dr. Anna Katharina Beine auf.
Anfragen sollten neben einem Anschreiben auch einen Lebenslauf und eine Notenübersicht enthalten. 

Konkrete Projekte, für die wir derzeit Mitarbeiter*innen suchen sind im Folgenden aufgeführt:

  • Zeolithe als feste Katalysatoren für biobasierte Tandemreaktionen (Forschung / Bachelorarbeit)
  • Hydroformylierung von Hexen mit modifizierten Heteropolysäuren (Forschung / Bachelorarbeit)
  • Untersuchung des Reaktionsnetzwerks für die Hydrogenolyse von 1,4-Anhydroxylitol (Forschung / Bachelorarbeit)
  • Katalytische Produktion von Diformylxylose als Treibstoffadditiv (Forschung / Bachelorarbeit)
  • Untersuchung der elektrochemischen Umsetzung von Xylose und Furfural (Forschung / Masterarbeit)
  • Entwicklung molekularer Ni-Katalysatoren für die Umsetzung von CO und H2 zu Formaldehyd (Forschung / Masterarbeit)
  • Ru-Nanopartikel auf stickstoffhaltigen Kohlen für die Hydrogenolyse von Xylitol (Forschung / Masterarbeit)
  • SBA-15 Funktionalisierung für die Anbindung von Heteropolysäuren als Katalysatoren in der Bioraffinerie (Masterarbeit)
  • Untersuchung der kontinuierlichen Umsetzung von Hemicellulose unter Verwendung von Heteropolysäure auf Kohlenstoffträgern (Masterarbeit mit der Möglichkeit einer anschließenden Promotion)

Forschung - Feste molekulare Katalysatoren

Mit heterogener Katalyse und Materialentwicklung als Kernkompetenz begegnen wir globalen Herausforderungen durch die Entwicklung nachhaltiger chemischer Reaktionen und Prozesse. Unsere Forschung konzentriert sich dabei auf die Entwicklung von Materialien für die chemische Umwandlung erneuerbarer Energien und Kohlenstoffquellen. Dazu gehört zum Beispiel die elektrochemische Wasserspaltung, aber auch die Umwandlung von erneuerbaren Rohstoffen wie Biomasse. Wir sind besonders daran interessiert, die Mechanismen und Zusammensetzungen der entwickelten Katalysatoren zu verstehen, um sie weiter zu verbessern oder sie in anderen Reaktionen einsetzen zu können. Auf diese Weise gestalten wir eine grünere Zukunft mit.[1]

Unsere aktuellen Forschungsschwerpunkte sind:

Hydroformylierung in der Flüssigphase

Hydroformylierung ist nach wie vor eine der größten homogen katalysierten Reaktionen in der industriellen Chemie. Gemeinsam mit unseren Projektpartnern am MPI-CEC und der Universität Hamburg entwickeln wir neue homogene Katalysatoren auf Co-Basis, um die Reaktion erfolgreich zu katalysieren. Neben der Optimierung des Prozesses, wird auch die Immobilisierung der Katalysatoren auf geeigneten heterogenen Trägermaterialien untersucht.

Immobilisierte Heteropolysäuren als Katalysatoren für die hydrolytische Hydrierung von Hemicellulose zu Xylitol

In Zeiten des Klimawandels und schwindender fossiler Ressourcen ist der Übergang zu nachwachsenden Rohstoffen wie Lignocellulose unerlässlich. Im Rahmen des Projekts wird die hydrolytische Hydrierung von Hemicellulose zu Xylitol untersucht. Xylitol ist sowohl ein weit verbreiteter Zuckerersatz als auch eine wichtige Plattformchemikalie für die Bioraffinerie. In einer Tandemreaktion wird das Polysaccharid zunächst durch säurekatalysierte Hydrolyse zu Xylose depolymerisiert und anschließend metallkatalysiert zu Xylitol hydriert. In diesem Zusammenhang haben sich Brønsted-saure Heteropolysäuren (HPAs) in Kombination mit Ru/C als effizientes Katalysatorsystem erwiesen. Obwohl die HPAs eine ausgezeichnete katalytische Aktivität aufweisen, erschwert ihre gute Löslichkeit in Wasser und verschiedenen organischen Lösungsmitteln ihr Recycling. Um dieser Herausforderung zu begegnen, wird die Immobilisierung von HPAs auf heterogenen Trägern untersucht. Die hergestellten festen sauren Katalysatoren werden eingehend charakterisiert und in der Reaktion getestet. Für die Untersuchung der Langzeitstabilität ist der Aufbau eines geeigneten Reaktors geplant.

Elektrodenentwicklung für elektrochemische Anwendungen

Die Sauerstoffoxidation an der Anode der elektrochemischen Wasserspaltung wurde in der Gruppe bereits umfassend untersucht.[2-4] Weiterführende Studien sind in Zukunft geplant.

Außerdem steht die elektrochemische Umsetzung biobasierter Moleküle im Fokus der Forschung. Hier sollen vor allem Umsetzungen entlang der Wertschöpfungskette von Hemicellulose in 200% Zellen untersucht werden. Als Katalysatoren werden HPAs verwendet, die entweder als Elektrolyt oder an der leitfähigen Elektrode immobilisiert eingesetzt werden.

Neue Reaktionspfade für die Bioraffinerie

Neben den bereits bekannten Umsetzungen und Produkten der Bioraffinerie eröffnen sich weitere neue Reaktionspfade, die zu Produkten führen, die beispielsweise in der Polymerindustrie, als Lösungsmittel oder Kraftstoffzusätze verwendet werden können. So wird ausgehend von Substraten wie Xylose oder 1,4-Anhydroxylitol der Zugang zu Difromylxylose[5], Tetrahydrofuran oder Methyltetrahydrofuran und Ethylengylkol-Glycerin-Ether ermöglicht.

 

Umsetzung von H2, CO und CO2 zu Wertprodukten

Formaldehyd ist eine Grundchemikalie und dient als Substrat zur Herstellung von Harzen, Polymeren, Klebstoffen und Farben. Außerdem ist es ein wichtiges Substrat zur Herstellung von Oxymethylenethern, welche als nachhaltige Kraftstoffe und Kraftstoffadditive oder als Lösungsmittel eingesetzt werden können. Das Hauptaugenmerk der Forschung liegt auf der Umsetzung von CO und später CO2 mit H2 zu Formaldehyd. Die Reaktion soll in wässriger Lösung mit Hilfe fester molekularer Katalysatoren realisiert werden.[6] Durch intelligentes Katalysatordesign und ein tiefgreifendes Verständnis der Reaktion werden so neue Reaktionswege erschlossen.

Quellen

[1]  A. K. Beine, ChemCatChem 2021, 13, 532-533.
[2] A. K. Beine, C. Broicher, Q. Hu, L. Mayerl, T. Bisswanger, H. Hartmann, A. Besmehn, S. Palkovits, A.-H. Lu, R. Palkovits, Catalysis Science & Technology 2018, 8, 6311-6315.
[3] C. Broicher, F. Zeng, N. Pfänder, M. Frisch, T. Bisswanger, J. Radnik, J. M. Stockmann, S. Palkovits, A. K. Beine, R. Palkovits, ChemCatChem 2020, 12, 5378-5384.
[4] C. Broicher, M. Klingenhof, M. Frisch, S. Dresp, N. M. Kubo, J. Artz, J. Radnik, S. Palkovits, A. K. Beine, P. Strasser, R. Palkovits, Catalysis Science & Technology 2021, doi: 10.1039/d1cy00905b.
[5] A. O. Komarova, G. R. Dick, J. S. Luterbacher, Green Chemistry 2021, 23, 4790-4799.
[6] A. M. Bahmanpour, A. Hoadley, A. Tanksale, Green Chemistry 2015, 17, 3500-3507.