Hochdisperse Ni-Katalysatoren aus Doppelschichthydroxiden für (De-)Hydrierreaktionen

Layered-Double-Hyroxides (LDH) mit der allgemeinen Summenformel [M_(1−x)^(2+) M_x^(3+) (OH)^2]^(x+) [A^(n−)]_(x/n) ∙ yH2O sind eine spannende Materialklasse zur Herstellung von Katalysatoren für verschiedenste Anwendungen.[1] Sie bestehen aus positiv geladenen Schichten mit dazwischenliegenden Anionen. Damit lassen sich verschiedene Metalle in den LDHs verteilen, was eine gleichmäßige Verteilung der Komponenten sicherstellt. Katalysatoren auf LDH-Basis zeigen daher eine homogene Verteilung der Komponenten sowie hohe Dispersion und Stabilität, weshalb sie für zahlreiche Anwendungen untersucht werden.[2] Eine Anwendung ist die Hydrogenolyse von Glucose zur Herstellung von Plattformchemikalien. Diese Reaktion kann einen wichtigen Schritt darstellen, um die Produktion von Chemikalien von fossilen auf nachwachsende Rohstoffe umzustellen.[3] Eine weitere Anwendung ist die Ammoniakzersetzung. Dabei soll Ammoniak als Wasserstoffträger dienen, um Wasserstoff effizienter transportieren zu können. Denn in den aktuellen Bestrebungen, auf eine Wasserstoffwirtschaft umzustellen, stellt die niedrige Energiedichte von Wasserstoff ein erhebliches Problem dar, da so der Transport des Wasserstoffs teuer wird.[4] Ammoniak kann aufgrund seines hohen Wasserstoffanteils und der etablierten, unkomplizierten Transportprozesse eine wichtige Option sein.[5] In dieser Arbeit werden Ni_2Al-LDHs hergestellt und als Precursor für Katalysatoren in der Hydrogenolyse von Glucose sowie in der Ammoniakzersetzung eingesetzt. Für die in der Hydrogenolyse eingesetzten LDHs wird ein Verfahren entwickelt, um Wolframatanionen in die LDH-Struktur zu integrieren, da WO_x einen wichtigen Part in dem Reaktionsnetzwerk als aktives Zentrum der Retro-Aldol-Reaktion übernimmt. Diese LDHs werden zusätzlich mit Mg^(2+) und La^(3+) dotiert, um deren Einfluss auf die Reaktion zu untersuchen. Die Katalysatoren für die Ammoniakzersetzung werden ebenfalls mit Mg^(2+), La^(3+) und Fe^(3+) dotiert und deren Einfluss auf die starken basischen Zentren und die Korrelation zur Aktivität wird analysiert.

Layered-double-hyroxides (LDHs) with the general molecular formula [M_(1−x)^(2+) M_x^(3+) (OH)^2]^(x+) [A^(n−)]_(x/n) ∙ yH2O are an interesting class of materials for the production of catalysts for a wide range of applications.[1] They consist of positively charged layers with anions in between. This allows different metals to be distributed in the LDHs, which ensures an even distribution of the components. LDH-based catalysts therefore show a homogeneous distribution of the components as well as high dispersion and stability, which is why they are being investigated for numerous applications.[2] One application is the hydrogenolysis of glucose for the production of platform chemicals. This reaction can be an important step in switching the production of chemicals from fossil to renewable raw materials.[3] Another application is the ammonia-decomposition. Here, ammonia is used as a hydrogen carrier in order to transport hydrogen more efficiently. This is because the low energy density of hydrogen poses a significant problem in the current efforts to switch to a hydrogen economy, as it makes transporting hydrogen expensive.[4] Ammonia can be an important option due to its high hydrogen content and the established, uncomplicated transport processes.[5] In this work, Ni_2Al-LDHs are synthesized and used as precursors for catalysts in the hydrogenolysis of glucose and in the ammonia-decomposition. For the LDHs used in hydrogenolysis, a method is developed to integrate tungstate-anions into the LDH-structure, since WO_x plays an important role in the reaction network as the active center of the retro-aldol-reaction. These LDHs are additionally doped with Mg^(2+) and La^(3+) to investigate their influence on the reaction. The catalysts for the ammonia-decomposition are also doped with Mg^(2+), La^(3+) and Fe^(3+) and their influence on the strong basic centers and the correlation to the activity is analyzed.