Prof. Dr. Regina Palkovits - Solid Molecular Catalysts

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.