Einstufiges Verfahren synthetisiert luftstabilen, nickelhaltigen Katalysator mit sicheren, billigen Materialien

Übergangsmetallphosphide gelten schon seit längerem als möglicher Ersatz für Edelmetallkatalysatoren. Sie sind billiger und in ausreichenden Mengen verfügbar.

„Allerdings gab es bei der Oberflächenoxidation und -synthese schon immer Herausforderungen“, sagt Dr. Constanze Neumann, Lise-Meitner-Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim. So erforderte ihre Herstellung beispielsweise sehr hohe Temperaturen oder reaktive Ausgangsstoffe, die teuer, hochgiftig oder beides sein konnten.

Gemeinsam mit ihrem Team hat die junge Chemikerin eine elegante Methode gefunden, um in einem einstufigen Verfahren, das sowohl auf sicheren als auch auf billigen Materialien basiert, einen luftstabilen, nickelhaltigen Katalysator zu synthetisieren. Die Gruppe veröffentlichte ihre Ergebnisse in Angewandte Chemie.

„In unserer Arbeit zeigen wir, dass es möglich ist, eine hohe Dispersion des Katalysators zu erreichen“, sagt Dr. Leila Karam, Postdoc in Neumanns Gruppe und Erstautorin der Arbeit.

Mithilfe des richtigen Oberflächenliganden gelingt es den Wissenschaftlern, ihren Katalysator möglichst breit verteilt auf einer Trägeroberfläche aufzubringen – und zwar so, dass er für die gewünschte Reaktion zur Verfügung steht, ohne vorher zu verklumpen oder zu oxidieren.

Die Liganden können den Katalysator vor unerwünschter Oxidation schützen, behindern ihn aber nicht bei der Durchführung der gewünschten Reaktion. Diese feine Verteilung sorgt dafür, dass der Katalysator in ebenso geringen Mengen eingesetzt werden kann wie herkömmliche Alternativen mit Palladium.

„Wir freuen uns sehr, dass unser Katalysator mit kommerziellen Palladium-Katalysatoren mithalten kann“, sagt Neumann. Das könnte für Chemieunternehmen interessant sein, wo heterogene Palladium-Katalysatoren häufig für die selektive Hydrierung eingesetzt werden, unter anderem auch bei der Synthese von Pharmazeutika.

Und es gibt noch eine Besonderheit: „Wir konnten zeigen, dass unser Katalysator auch dann noch gut funktioniert, wenn er über ein Jahr an der Luft gelagert wurde. Das Material wird also nicht durch Oxidation unbrauchbar“, so Neumann.

Dies vereinfacht sowohl die Lagerung als auch die Handhabung des Katalysators erheblich: Während bei anderen Phosphiden häufig in der Handschuhbox gearbeitet werden muss, lässt sich der Mülheimer Katalysator in einem normalen Abzug handhaben.

So zufrieden die Gruppe mit ihren Ergebnissen auch ist, sie will es damit nicht bewenden lassen. „Wir wollen die Wiederverwendbarkeit unseres Katalysators verbessern“, erklärt Neumann. Außerdem möchten die Forscher auf alle Lösungsmittel verzichten, die zur Herstellung ihres Katalysators benötigt werden. „Wir möchten die Produktion so umweltfreundlich wie möglich gestalten.“