Molybdän-basierte Hydrierkatalysatoren

Aus sozioökonomischen Gründen und wegen der stürmischen Entwicklung des Umweltschutzes steht die chemische Industrie massiv unter Druck, nachhaltigere Verfahren für die Herstellung wichtiger kommerzieller Produkte wie Pharmazeutika, Agrochemikalien, Farbstoffe oder Ausgangsmaterialien für die Kunststoffproduktion zu entwickeln. In diesem Zusammenhang eignet sich besonders eine als Hydrierung bekannte chemische Umwandlung um diese Herausforderung zu bewältigen, da diese Art von Reaktion problemlos im industriellen Maßstab umgesetzt werden kann und eine sehr effiziente Nutzung der Ausgangsmaterialien ermöglicht. Das betreffende Verfahren beruht auf der Spaltung von gasförmigem Wasserstoff, einem Prozess, der aufgrund der Stabilität des Wasserstoffmoleküls sehr energieaufwändig ist. Folglich müssen Hydrierungen durch spezielle Materialien, sogenannte Katalysatoren, beschleunigt werden. Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Katalysatoren: Heterogene Katalysatoren sind feste, unlösliche, komplexe Gemische, die üblicherweise erst unter forcierten Reaktionsbedingungen, d. h. hohen Temperaturen und Drücken, ihre Wirksamkeit entfalten. Dennoch ermöglichen diese Verbindungen ein einfaches Recycling und eine problemlose Produktabtrennung und -isolierung. Homogene Katalysatoren bestehen hingegen typischerweise aus einem aktiven Metallzentrum und bestimmten Steuerungsmolekülen, sogenannten Liganden, die selbst unter sehr milden Reaktionsbedingungen für ausreichende Löslichkeit, Stabilität und Reaktivität sorgen. Diese Metall-Ligand-Komplexe bieten den Vorteil, dass sie durch gezielte Variation des Molekülgerüsts für spezifische Zwecke angepasst werden können, und die entsprechenden katalytischen Reaktionen verlaufen mit einer viel höheren Selektivität als bei ihren heterogenen Pendants. Die überwiegende Mehrheit dieser katalytisch aktiven Materialien basiert jedoch auf der Verwendung seltener und teurer Edelmetalle wie Platin, Gold, Iridium oder Rhodium. Daher wird die Gesellschaft in absehbarer Zukunft und in zunehmendem Maße mit Knappheitsproblemen im Zusammenhang mit der Nutzung dieser Elemente konfrontiert sein. Das vorliegende Forschungsprojekt hat zum Ziel, neue Hydrierungskatalysatoren auf Basis von Molybdän zu entwickeln, da dieses Metall kostengünstig und im Vergleich zu seinen Edelmetall-Verwandten in der Natur häufiger vorkommt. Anschließend werden die synthetisierten Molybdänverbindungen hinsichtlich ihrer katalytischen Aktivität in der homogenen Hydrierung ausgesuchter, industriell relevanter Moleküle getestet, die Vorstufen wertvoller Produkte sind. Ziel des Projektes ist es, konkurrenzfähige, homogene Hydrierkatalysatoren zu entwickeln, die es mit der Aktivität von entsprechenden Edelmetallverbindungen aufnehmen können.