News: Wolfram macht's möglich
Die Stoffklasse der Alkene ist für die Chemische Industrie von großer Bedeutung. Bisher ist die katalytische Herstellung von Alkenen noch sehr aufwändig - doch das könnte sich ändern.
© Spektrum Akademischer Verlag (Ausschnitt)
Alkene, wie Ethen und Propen, sind Kohlenwasserstoffe mit einer Doppelbindung und stellen wichtige Ausgangsstoffe für die Chemische Industrie dar. Um Alkene technisch herzustellen, werden bei Alkanen – Kohlenwasserstoffen mit einfachen Bindungen – katalytisch zwei Wasserstoff-Atome entfernt. Die frei werdenden Elektronen der Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindung bilden nach der Reaktion die charakteristische Doppelbindung der Alkene.
Diese Reaktion erfordert sehr viel Energie und bringt nur eine geringe Ausbeute. Ein Ausweg aus diesem Dilemma könnte die Kopplung mit einem zweiten Prozess sein: Die Reaktion des frei werdenden Wasserstoffs mit Sauerstoff zu Wasser könnte die benötigte Energie liefern. Gleichzeitig ließe sich durch die Entfernung des Wasserstoffs aus dem Reaktionsgemisch der Umsatz erhöhen.
Dazu braucht man aber ein Katalysatorsystem, das eine selektive Oxidation von Wasserstoff in Gegenwart von Alkanen und Alkenen ermöglicht – und bei den notwendigen hohen Temperaturen nicht sintert und deaktiviert wird. Eine Forschergruppe von der Universiteit van Amsterdam hat nun ein solches Katalysatorsystem entwickelt.
Cer-Oxide und Cer-Mischoxide werden bereits in verschiedenen Anwendungen als eine Art fester Sauerstoff-Austauscher genutzt. Und so wählten auch Gadi Rothenberg, Bart de Graaf und Alfred Bliek Cer-Oxid als Ausgangsbasis. Das pure Cer-Oxid zeigt noch keinerlei Selektivität für die Oxidation von Wasserstoff. Durch die Zugabe von anderen Metallionen kann seine Selektivität jedoch variiert werden. Grund dafür sind Störungen in der Kristallstruktur, die durch Fremdionen mit einer anderen Größe oder Ladung hervorgerufen werden.
In einer Parallelsynthese stellten die Forscher einen Satz von zehn verschiedenen Cer-Mischoxiden her, bei denen jeweils zehn Prozent der Cer-Ionen durch Ionen eines anderen Metalls ersetzt wurden. In den folgenden Tests erwies sich Wolfram mit einer 97 prozentigen Selektivität für Wasserstoff als das Metall der Wahl.
Nach der Reaktion lassen sich die "Löcher", welche die fehlenden Sauerstoffatome im Kristallgitter hinterlassen, durch Sauerstoff-Zufuhr einfach wieder auffüllen. Viele Zyklen können durchlaufen werden, ohne dass dieser feste "Sauerstoffspeicher" sintert, verkokt oder aus einem anderen Grund an Aktivität einbüßt.
Diese Reaktion erfordert sehr viel Energie und bringt nur eine geringe Ausbeute. Ein Ausweg aus diesem Dilemma könnte die Kopplung mit einem zweiten Prozess sein: Die Reaktion des frei werdenden Wasserstoffs mit Sauerstoff zu Wasser könnte die benötigte Energie liefern. Gleichzeitig ließe sich durch die Entfernung des Wasserstoffs aus dem Reaktionsgemisch der Umsatz erhöhen.
Dazu braucht man aber ein Katalysatorsystem, das eine selektive Oxidation von Wasserstoff in Gegenwart von Alkanen und Alkenen ermöglicht – und bei den notwendigen hohen Temperaturen nicht sintert und deaktiviert wird. Eine Forschergruppe von der Universiteit van Amsterdam hat nun ein solches Katalysatorsystem entwickelt.
Cer-Oxide und Cer-Mischoxide werden bereits in verschiedenen Anwendungen als eine Art fester Sauerstoff-Austauscher genutzt. Und so wählten auch Gadi Rothenberg, Bart de Graaf und Alfred Bliek Cer-Oxid als Ausgangsbasis. Das pure Cer-Oxid zeigt noch keinerlei Selektivität für die Oxidation von Wasserstoff. Durch die Zugabe von anderen Metallionen kann seine Selektivität jedoch variiert werden. Grund dafür sind Störungen in der Kristallstruktur, die durch Fremdionen mit einer anderen Größe oder Ladung hervorgerufen werden.
In einer Parallelsynthese stellten die Forscher einen Satz von zehn verschiedenen Cer-Mischoxiden her, bei denen jeweils zehn Prozent der Cer-Ionen durch Ionen eines anderen Metalls ersetzt wurden. In den folgenden Tests erwies sich Wolfram mit einer 97 prozentigen Selektivität für Wasserstoff als das Metall der Wahl.
Nach der Reaktion lassen sich die "Löcher", welche die fehlenden Sauerstoffatome im Kristallgitter hinterlassen, durch Sauerstoff-Zufuhr einfach wieder auffüllen. Viele Zyklen können durchlaufen werden, ohne dass dieser feste "Sauerstoffspeicher" sintert, verkokt oder aus einem anderen Grund an Aktivität einbüßt.
© Angewandte Chemie
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