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 Durchführung von Mehrphasenreaktionen in kontinuierlich durchströmten Mikrokanälen bietet zahlreiche Vorteile. So können durch Variation von hydrodynamischen Parametern der segmentierten Gas-Flüssig-Zweiphasenströmung (Taylor-Strömung) Stofftransportwiderstände gezielt beeinflusst und im Hinblick auf Anforderungen der Kinetik optimiert werden. Basierend auf theoretischen, experimentellen und numerischen Arbeiten aus der Literatur wurde eine Korrelation entwickelt, die es mit guter Genauigkeit erlaubt, auf Basis von a-priori bekannten Parametern wie Rohrdurchmesser, Fluideigenschaften und Volumenströmen von Gas und Flüssigkeit zahlreiche vorab unbekannte hydrodynamische Parameter der Taylorströmung abzuschätzen, wie Blasengeschwindigkeit, mittlere Flüssigkeitsgeschwindigkeit, Gasvolumenanteil, Dicke des Flüssigkeitsfilms, Blasendurchmesser und Stromliniencharakteristik im Flüssigkeitspfropfen (Zirkulations- oder Bypass-Strömung). M. Wörner: A Correlation for the Characteristic Velocity Ratio to Predict Hydrodynamics of Capillary Gas–Liquid Taylor Flow, Theoretical Foundations of Chemical Engineering 54 (2020) 3-16.

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.]