Magnetisch induzierte Katalyse: Ein neuer Ansatz für die Verwertung von Estern und Polyestern

Ein Durchbruch im Bereich der nachhaltigen Katalyse durch das Team von Dr. Alexis Bordet ermöglicht die effiziente Hydrodeoxygenierung von Estern und Polyestern zu wertvollen Chemikalien unter milden Bedingungen.

Hintergrund und Forschungsfrage

Die selektive Hydrodeoxygenierung von Benzylestern zu aromatischen Verbindungen wie Tolyl-Derivaten ist für die Synthese von Feinchemikalien (z. B. Farbstoffe, Pigmente usw.) und Pharmazeutika (z. B. Analgetika, Antihistaminika usw.) sehr attraktiv und hat das Potenzial, biobasierte Zwischenprodukte und Polyesterabfälle (z. B. PET) in die chemische Wertschöpfungskette zu integrieren. Effiziente katalytische Ansätze unter Verwendung von Wasserstoffgas (H2) sind für diese Umwandlung sehr wünschenswert, fehlen jedoch bislang.

Ergebnisse und Highlights

Nun hat ein Team unter der Leitung von Dr. Alexis Bordet am MPI CEC – innerhalb der Abteilung für Molekulare Katalyse unter der Leitung von Prof. Walter Leitner – einen effizienten katalytischen Ansatz entwickelt, der magnetisch induzierte Katalyse und in der Erde reichlich vorhandenes Eisen in Form von Eisenkarbid-Nanopartikeln nutzt. Wenn diese Nanopartikel einem wechselnden Magnetfeld ausgesetzt werden, erzeugen sie genau dort Wärme, wo sie benötigt wird, und ermöglichen so die Hydrodeoxygenierung einer Vielzahl von Estern bei niedrigem H2-Druck und niedrigen Temperaturen, wodurch der Energieverbrauch und die Umweltbelastung reduziert werden. 
Besonders interessant ist, dass dieser innovative Ansatz erfolgreich auf eine Reihe von synthetischen Zielstoffen und auf die selektive Depolymerisation von echtem Polyester (PET-Kaffeebecher) zu p-Xylol angewendet wurde.

Das magnetisch aktivierte katalytische System zeigte auch unter variabler Stromversorgung eine hohe Robustheit, was darauf hindeutet, dass es mit intermittierenden erneuerbaren Energiequellen wie Solar- oder Windenergie betrieben werden könnte, was seine Nachhaltigkeit weiter verbessert.

Wie Sihana Ahmedi – Erstautorin der Veröffentlichung und Doktorandin in der Gruppe von Alexis Bordet am MPI CEC – darlegt, haben die Ergebnisse dieser Studie erhebliche Auswirkungen auf die praktische Hydrodeoxygenierung von Estern und Polyestern mit magnetisch aktivierten, in der Erde reichlich vorhandenen Fe-basierten Katalysatoren unter Verwendung von erneuerbarem H2 im Labor- und Produktionsmaßstab. 
Darüber hinaus sind die beobachteten chemischen und verfahrenstechnischen Vorteile von großem allgemeinen Interesse und fördern die Erforschung des aufstrebenden Bereichs der magnetisch induzierten Katalyse in Forschung und Industrie.

Zukunftsperspektiven

Die Forscher*innen freuen sich darauf, das Potenzial der magnetisch induzierten Katalyse als Treiber für die Elektrifizierung und Innovation in der chemischen Industrie weiter zu erforschen.

Originalartikel: https://doi.org/10.1021/jacs.5c10464

Weitere Informationen zu adaptiven katalytischen Systemen und magnetisch induzierter Katalyse:

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