Hydrotreating und Hydrierreaktionen mit neuartigen Phosphidkatalysatoren

Die Synthese von chemischen Energiespeichern und Plattformchemikalien unter Verwendung regenerativer Quellen fordert neuartige Verfahrenskonzepte und katalytische Systeme. Für deren Synthese spielt elektrolytisch gewonnener Wasserstoff eine Schlüsselrolle. Konsequenterweise steigt die Nachfrage nach effizienten, stabilen und wirtschaftlichen Katalysatorsystemen, insbesondere für die Wasserstofferzeugung und für Hydrierreaktionen. Im gleichen Zusammenhang ermöglicht die Nutzung erneuerbar gewonnenen Wasserstoffs  die Defunktionalisierung (Entfernung von N-, S- und O-Gruppen) biologischer Rohstoffe. Das sogenannte Hydrotreating ist ein entscheidender Schritt hin zu anwendbaren Biokraftstoffen und Plattformchemikalien. Für diese Prozesse zur Wasserstoffbereitstellung und -nutzung kommen oftmals edelmetallbasierte Systeme, wie beispielsweise Platin- oder Palladium-Katalysatoren zum Einsatz. Diese zeichnen sich zwar durch hohe Aktivität und Stabilität in der Wasserstoffaktivierung aus, jedoch führen ihr hoher Preis und ihre begrenzte Verfügbarkeit zur Suche nach alternativen Systemen.

Vielversprechende Kandidaten sind dabei Metall- und Mischmetallphosphide, da sie mehrfunktionale Oberflächenzentren mit neuartigen elektronischen und geometrischen Eigenschaften bieten, sowie eine hohe Temperaturstabilität aufweisen. Die katalytische Aktivität für die Synthese und Umwandlung von Wasserstoff einiger Metallphosphide, hauptsächlich auf Basis von Molybdän, Nickel, Kobalt oder Eisen wurde bereits nachgewiesen. Andere Übergangsmetall- oder Hauptgruppenmetallphosphide, die z.B. Vanadium, Mangan, Indium oder Gallium enthalten, werden bisher kaum in der Katalyse eingesetzt. Darüber hinaus steht das Forschungsfeld der bimetallischen Phosphide für die Katalyse erst am Anfang und bietet einen enorme Vielfalt an Kombinationsmöglichkeiten zum gezielten Design von Materialeigenschaften für selektive Reaktionen. In der Gruppe „Katalytische Systeme zur chemischen Energiespeicherung“ untersuchen wir das Potenzial dieser phosphidbasierten Katalysatoren für Hydrier- und Hydrotreating-Reaktionen um effiziente Produktionswege für Chemikalien und zukünftige Energieträger zu entwickeln.