Katalysatoren auf Basis von Rhodium, stabilisiert in kovalenten organischen Netzwerken: Einsatz in Flüssigphasenreaktionen
Moritz Pilaski
Diese Arbeit befasst sich mit der Anwendung von funktionalen organischen Netzwerken als Trägermaterial für Rhodium-Katalysatoren und ihrem Einsatz in Flüssigphasenreaktionen. Um die Stärke der Immobilisierung dieser Rhodium-Zentren einschätzen zu können, wurde die Hydroformylierung von 1-Octen als herausforderndes Einsatzgebiet für diese Art von Katalysatoren ausgewählt. Die breite Anwendbarkeit der Katalysatoren in Flüssigphasen wurden durch den erfolgreichen Einsatz in der Ringöffnung von biobasierten Furan-Derivaten verdeutlicht. Die Katalysatoren wurden mittels STEM, N2-Sorption, CO-Chemisorption, H2-TPR, NH3-TPD und EXAFS charakterisiert. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Rhodium-Zentren nach der Behandlung der verwendeten Trägermaterialien, kovalenter Triazinnetzwerke (CTF), mit einer niedrig konzentrierten Rhodiumchlorid-Lösung und einer anschließenden milden Reduktion im Wasserstoffstrom größtenteils molekular verteilt vorliegen. Die Bindung und Stabilisierung zwischen Metall und CTF wird hierbei durch koordinative Effekte hervorgerufen.
Für die Verwendung in der lösungsmittelfreien Hydroformylierung von 1-Octen zeigten die Rh@CTF-Katalysatoren gute Eigenschaften; vor allem konnte ein Auslaugen der aktiven Spezies durch die Funktionalitäten des Trägermaterials größtenteils unterbunden werden. Porosität und Oberflächenpolarität der eingesetzten Trägermaterialien beeinflussten die Aktivität der Katalysatoren.
Die Ringöffnung von Furanderivaten ist für eine nachhaltige Produktion von chemischen Produkten eine Option, um biogene Plattformchemikalien weiter umzusetzen und hierbei zur Polymerisation neigende Strukturen aufzubrechen. Vor allem ist hierbei der Einsatz von 5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF) vielversprechend, weshalb dessen Ringöffnung durch Hydrolyse bzw. Hydrogenolyse zu linearen Alkoholen untersucht wurde. Als Katalysatoren wurden die stickstoffreichen CTFs mit anderen Trägermaterialien verglichen und eine Untersuchung der nötigen Metalle zur Beeinflussung der Produktverteilung durchgeführt.
