03 Fakultät Chemie
Permanent URI for this collectionhttps://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/4
Browse
43 results
Search Results
Item Open Access Umsetzung von CO2 und Ethen zu Na-Acrylat(2020) Weber, Sandra; Klemm, Elias (Prof. Dr.-Ing,)Die stoffliche Nutzung von CO2 als C1-Baustein in chemischen Endprodukten stellt einen zukunftsweisenden Forschungsansatz dar. Kohlenstoffhaltige Verbindungen wie Acrylsäure werden derzeit auf der Basis fossiler Rohstoffe hergestellt. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuer Syntheseweg zur Herstellung von Natrium-Acrylat untersucht. Ziel ist es, aus günstigen Rohstoffen (CO2 und Ethen) ein wirtschaftlich interessantes Produkt (Na-Acrylat) zu synthetisieren. Die Umsetzung basiert auf einem Nickel-vermittelten Katalysezyklus, ausgehend von Kohlenstoffdioxid und Ethen. Innerhalb des Katalysezyklus werden unterschiedliche Elementarschritte durchlaufen, zu denen auch Gas-Flüssig-Reaktionen gehören. In der vorliegenden Arbeit wurden einzelne Schritte des Katalysezyklus reaktionstechnisch untersucht. Die systematische Untersuchung von Gas-Flüssig-Reaktionen stellte den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit dar.Item Open Access Untersuchungen zur Umsetzung von Ethanol zu Ethylenoxid(2020) Himmelmann, Robin; Klemm, Elias (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Synthese von Stickstoffliganden mit Phosphonatgruppen zur Immobilisierung von Kupferkomplexen auf γ-Alumina für kupferkatalysierte Atomtransfer-Radikaladditionsreaktionen (ATRA)(2024) Maier, Sarah; Estes, Deven (Jun. Prof. Dr.)Diese Arbeit beschreibt die Synthese und Charakterisierung von stickstoffhaltigen Liganden mit Phosphonat-Ankergruppen, die Immobilisierung ihrer Kupferkomplexe auf oxidischen Trägermaterialien, sowie den Einsatz dieser immobilisierten Komplexe als Katalysatoren für Atomtransfer-Radikaladditionsreaktionen.Item Open Access Structural characterization of surface immobilized platinum hydrides by sensitivity-enhanced 195Pt solid state NMR spectroscopy and DFT calculations(2024) Atterberry, Benjamin A.; Wimmer, Erik J.; Klostermann, Sina; Frey, Wolfgang; Kästner, Johannes; Estes, Deven P.; Rossini, Aaron J.Supported single-site platinum hydride compounds are promising heterogeneous catalysts for organic transformations. Few methods exist to describe the structures of single-site Pt catalysts with atomic resolution because of their disordered structures and low Pt loadings. Here, we study the compounds formed when bis(tri-tert-butylphosphino)platinum, Pt(PtBu3)2, is supported on dehydroxylated SiO2 or SiO2-Al2O3. First, we obtain magic angle spinning (MAS) 1H, 31P and 195Pt ssNMR spectra of four model Pt phosphine compounds with oxidation states of 0 or +2 and coordination numbers between 2 and 4. These compounds are analogs of potential structures present in the supported compounds. MAS 195Pt ssNMR spectra were obtained using 31P{195Pt} sideband selective J-resolved and J-HMQC experiments. The measured 1H and 31P chemical shifts, 31P-195Pt J-couplings and 195Pt chemical shift (CS) tensors are shown to be diagnostic of oxidation state and coordination number. Room temperature 1H ssNMR spectra of Pt(PtBu3)2 supported on SiO2 or SiO2-Al2O3 show diagnostic hydride NMR signals, suggesting that Pt(PtBu3)2 undergoes oxidative addition, resulting in surface hydrides and Pt–oxygen bonds to the support surface. MAS dynamic nuclear polarization (DNP) enables 31P{195Pt} correlation NMR experiments on the supported compounds. These experiments enable the measurement of the 31P-195Pt J-coupling constants and 195Pt CS tensors. Combined NMR and DFT analyses suggest that the primary surface platinum species are [HPt(PtBu3)2OSi] on SiO2 and [HPt(PtBu3)2]+[Si-O--Al] on SiO2-Al2O3. The Pt-oxygen bond length is dependent on the support and estimated as 2.1-2.3 Å and 2.7-3.0 Å for SiO2 and SiO2-Al2O3, respectively.Item Open Access Raising the COx methanation activity of a Ru/γ‐Al2O3 catalyst by activated modification of metal-support interactions(2020) Chen, Shilong; Abdel‐Mageed, Ali M.; Dyballa, Michael; Parlinska‐Wojtan, Magdalena; Bansmann, Joachim; Pollastri, Simone; Olivi, Luca; Aquilanti, Giuliana; Behm, R. JürgenRu/Al2O3 is a highly stable, but less active catalyst for methanation reactions. Herein we report an effective approach to significantly improve its performance in the methanation of CO2/H2 mixtures. Highly active and stable Ru/γ‐Al2O3 catalysts were prepared by high‐temperature treatment in the reductive reaction gas. Operando/in situ spectroscopy and STEM imaging reveals that the strongly improved activity, by factors of 5 and 14 for CO and CO2 methanation, is accompanied by a flattening of the Ru nanoparticles and the formation of highly basic hydroxylated alumina sites. We propose a modification of the metal-support interactions (MSIs) as the origin of the increased activity, caused by modification of the Al2O3 surface in the reductive atmosphere and an increased thermal mobility of the Ru nanoparticles, allowing their transfer to modified surface sites.Item Open Access Rapid aging as a key to understand deactivation of Ni/Al2O3 catalysts applied for the CO2 methanation(2021) Beierlein, Dennis; Häussermann, Dorothea; Traa, Yvonne; Klemm, EliasWe developed a rapid aging method for Ni/Al2O3 methanation catalysts mimicking the real aging in the actual application. The method is based on hydrothermal deactivation of the catalyst at 600 or 700 °C, which leads to a catalyst with nearly constant conversion after a much shorter time period compared to normal aging. The hydrothermally aged catalysts are characterized by N2 adsorption, X-ray powder diffraction, temperature-programmed reduction and H2 chemisorption. The catalytic performance of the aged catalysts is comparable to the one of a catalyst deactivated in a long-term measurement with up to 720 h on stream. The time needed for reaching a stable conversion can be diminished by rapid aging by a factor of 10. The investigations also showed that the long-term deactivation is caused by Ni particle sintering and that the support pores limit the Ni particle size.Item Open Access Aktivierte Modifikation der Träger‐Metall‐Wechselwirkungen als Schlüssel für hochaktive Ru/γ‐Al2O3‐Katalysatoren für die COx‐Methanisierung(2020) Chen, Shilong; Abdel‐Mageed, Ali M.; Dyballa, Michael; Parlinska‐Wojtan, Magdalena; Bansmann, Joachim; Pollastri, Simone; Olivi, Luca; Aquilanti, Giuliana; Behm, R. JürgenRu/Al2O3 ist ein außerordentlich stabiler, aber weniger aktiver Katalysator für Methanisierungs-Reaktionen. Hier berichten wir über einen neuartigen Ansatz, mit dem die Aktivität dieser Katalysatoren bei der Methanisierung von CO2 in CO2/H2-Gemischen erheblich gesteigert werden kann. Hochaktive und -stabile Ru/γ-Al2O3-Katalysatoren wurden über eine Hochtemperatur-Behandlung im reduktiven Reaktionsgasgemisch erhalten. Operando/In-situ-Spektroskopie und Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM)-Abbildungen zeigen, dass die deutlich erhöhte Aktivität für die Methanisierung von CO bzw. CO2 mit einer Abflachung der Ru-Nanopartikel und der Bildung von stark basischen Plätzen auf dem hydroxylierten Aluminiumoxid einhergeht. Die erhöhte Aktivität der Katalysatoren um Faktoren von 5 (CO) bzw. 14 (CO2) führen wir auf eine aktivierte Modifikation der Träger-Metall-Wechselwirkungen zurück, die durch eine reaktive Modifizierung der Al2O3-Oberfläche im Reaktionsgas und eine erhöhte thermische Mobilität der Ru-Nanopartikel verursacht wird.Item Open Access Untersuchung von Degradationsmechanismen an einlagigen Gasdiffusionselektroden für die elektrochemische Kohlenstoffdioxid-Reduktion(2023) Hildebrand, Joachim; Klemm, Elias (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Asymmetric Rh diene catalysis under confinement : isoxazole ring‐contraction in mesoporous solids(2024) Marshall, Max; Dilruba, Zarfishan; Beurer, Ann‐Katrin; Bieck, Kira; Emmerling, Sebastian; Markus, Felix; Vogler, Charlotte; Ziegler, Felix; Fuhrer, Marina; Liu, Sherri S. Y.; Kousik, Shravan R.; Frey, Wolfgang; Traa, Yvonne; Bruckner, Johanna R.; Plietker, Bernd; Buchmeiser, Michael R.; Ludwigs, Sabine; Naumann, Stefan; Atanasova, Petia; Lotsch, Bettina V.; Zens, Anna; Laschat, SabineCovalent immobilization of chiral dienes in mesoporous solids for asymmetric heterogeneous catalysis is highly attractive. In order to study confinement effects in bimolecular vs monomolecular reactions, a series of pseudo‐C2‐symmetrical tetrahydropentalenes was synthesized and immobilized via click reaction on different mesoporous solids (silica, carbon, covalent organic frameworks) and compared with homogeneous conditions. Two types of Rh‐catalyzed reactions were studied: (a) bimolecular nucleophilic 1,2‐additions of phenylboroxine to N‐tosylimine and (b) monomolecular isomerization of isoxazole to 2H‐azirne. Polar support materials performed better than non‐polar ones. Under confinement, bimolecular reactions showed decreased yields, whereas yields in monomolecular reactions were only little affected. Regarding enantioselectivity the opposite trend was observed, i. e. effective enantiocontrol for bimolecular reactions but only little control for monomolecular reactions was found.Item Open Access Untersuchung von aluminiumreichen Zeolithkatalysatoren ohne große Hohlräume zur Dehydratisierung von Milchsäure zu Acrylsäure(2023) Häussermann, Dorothea; Traa, Yvonne (apl. Prof. Dr.)Um erdöl-basierte Grundchemikalien zukünftig bio-basiert herzustellen, müssen bio-basierte Plattformchemikalien effizient umgesetzt werden können. Acrylsäure könnte beispielsweise aus bio-basierter Milchsäure hergestellt werden. Dazu fehlt bislang noch ein geeigneter Katalysator. In dieser Arbeit sollen Zeolithkatalysatoren für diese Reaktion systematisch untersucht werden. Für eine belastbare Bestimmung der katalytischen Leistung werden vergleichende Voruntersuchungen durchgeführt. Dadurch soll sichergestellt werden, dass die katalytischen Messungen zuverlässig sind. Die katalytischen Untersuchungen zeigen, dass die aluminiumreichen 12-Ring-Zeolithkatalysatoren eher ungeeignet für die Milchsäuredehydratisierung sind. Die ausschließlich Lewis-sauren 12-Ring-Zeolithkatalysatoren zeigen einen schnellen Rückgang der Acrylsäure-Selektivität, aufgrund der starken Adsorption von Milchsäure. Die 12-Ring-Katalysatoren, bei denen Brønsted-Säurezentren vorhanden sind, haben eine sehr hohe Acetaldehyd-Selektivität und sind daher ebenfalls ungeeignet. Die mittelporigen Zeolithkatalysatoren sind vielversprechende Katalysatoren. Mit abnehmendem Aluminiumgehalt steigt die Acrylsäure-Selektivität. Die Katalysatoren zeigen ein stationäres Reaktionsverhalten. Der Austausch von Natrium gegen Kalium steigert die Acrylsäure-Selektivität signifikant. Bei den engporigen Zeolithkatalysatoren findet die katalytische Reaktion auf der äußeren Oberfläche statt und nicht im Porensystem. Bei einem ausgeglichenen Säure-Base-Verhältnis kann Acrylsäure auf der äußeren Oberfläche gebildet werden. Allerdings wird auch 2,3-Pentandion gebildet, da es keine dirigierenden Effekte durch die Poren gibt. Ist der Katalysator jedoch zu nukleophil, dann wird überwiegend Acetaldehyd gebildet. Na-SAPO-42 ist für die Milchsäuredehydratisierung ungeeignet, da die schwachen Säurezentren und die stark nukleophilen Gittersauerstoffatome nicht die entsprechende Balance erreichen, um Milchsäure zu dehydratisieren. An amorphem Silica-Alumina kann keine Acrylsäure gebildet werden, da überwiegend starke Lewis-Säurezentren vorhanden sind, die die Decarbonylierung katalysieren. Am Beispiel des engporigen Zeoliths PHI kann gezeigt werden, dass die Syntheseparameter einen deutlichen Einfluss auf den synthetisierten Katalysator und seine katalytische Leistung haben. Bei einer dichten Struktur muss die Reaktion auf der äußeren Oberfläche stattfinden, dadurch finden weniger Folgereaktionen statt und die gebildete Acrylsäure kann die Katalysatoroberfläche schnell wieder verlassen. Auch hier wird deshalb 2,3-Pentandion gebildet. Ist das enge Porensystem dagegen zugänglich beziehungsweise teilweise zugänglich ist, dann können aufgrund der langsamen Diffusion Folgereaktionen ablaufen, und die Acrylsäure-Selektivität ist gering.