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Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT)

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

Kontakt / Sekretariat

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Das Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT)


Das 2011 gegründete Institut für Katalyseforschung und –technologie des KIT bildet die Brücke von der grundlagenorientierten und angewandten Forschung bis zur Umsetzung in neue Technologien und Produkte für die Gebiete Katalyse und Prozesstechnologie katalytischer Prozesse. Schwerpunkte der Arbeiten sind die nachhaltige Nutzung alternativer Rohstoffe und deren Umwandlung in Energieträger und Wertstoffe und die damit einhergehende Entwicklung neuer katalytischer Systeme, basierend auf dem Verständnis der Vorgänge auf molekularer Ebene.

 
 

News

Die Dichtefunktionaltheorie (DFT) gewinnt als Werkzeug zur systematischen Entwicklung von neuen Katalysatoren an Bedeutung. Um das zu erreichen, ist es entscheidend, dass die Unterschiede in der Reaktivität zwischen den verschiedenen Materialien mit ausreichend hoher Genauigkeit vorhergesagt werden. In dieser Arbeit wird untersucht, inwieweit das mit DFT in der generalized gradient approximation (GGA) für Reaktionen, die von sauren Zeolithen katalysiert werden, möglich ist. Dazu wurden insgesamt 65 Reaktionsenergien und 130 Aktivierungsbarrieren mit DFT berechnet und mit hochgenauen DLPNO-CCSD(T) Rechnungen als Referenz verglichen. Die Resultate für PBE-D3 und BEEF-vdW zeigen, dass, obwohl diese Funktionale zu großen Fehlern führen, relative Unterschiede zwischen den Katalysatoren mit deutlich größerer Genauigkeit (5 kJ/mol) vorhergesagt werden. Dieses Ergebnis spricht für die Verwendung von DFT für das screening von Katalysatoren. [Plessow, P. N.; Studt, F., J. Phys. Chem. Lett. 2020, 4305-4310.]
Metalloxid geträgerte Single Atom Catalysts (SACs) kombinieren Eigenschaften von homogenen und heterogenen Katalysatoren. Wir untersuchen das Einsatzpotenzial von oxidgeträgerten Rhodium SACs für die heterogen katalysierte Hydroformylierung in einer Studie theoretisch und experimentell. Unter Kombination von Dichtefunktionaltheorie und hochgenauer DLPNO-CCSD(T) Rechnungen vergleichen wir Stabilität und Aktivität von einzelnen Rh Atomen auf verschiedenen Oxid Oberflächen. Zusammengefasst ist die katalytische Aktivität von Rhodiumcarbonylhydrid Komplexen auf flachen Oxidoberflächen wie CeO2(111) mit der Aktivität molekularer Katalysatoren vergleichbar, während die Aktivität an einer Stufe von MgO(301) deutlich geringer ist. Gleichzeitig ist die Adsorption an höher koordinierten Adsorptionzentren stärker, wodurch der Katalysator stabilisiert wird. Daher scheint die hauptsächliche Herausforderung bei oxidgeträgerten Rh Katalysatoren für die Hydroformylierung darin zu bestehen, einen Katalysator zu finden, bei dem sich Stabilität und Aktivität die Waage halten. Neben der chemischen Bindungssituation zwischen Rhodium Komplex und Katalysatorträger spielen repulsive Wechselwirkungen am aktiven Zentrums eine wichtige Rolle für die katalytische Aktivität. [Amsler, J.; Sarma, B. B.; Agostini, G.; Prieto, G.; Plessow, P. N.; Studt, F., J. Am. Chem. Soc. 2020, 142 (11), 5087-5096.]