Die Aktivierung und Spaltung der starken Stickstoff-Stickstoff-Bindung im N2-Molekül ist eine schwierige chemische Umwandlung, die in der Herstellung von Grundchemikalien eine wichtige Rolle einnimmt. Sie wird industriell im Haber-Bosch-Prozess realisiert, für den auf fossile Wasserstoffquellen zurückgegriffen wird. Alternative Wege zur Stickstoffaktivierung, die geringere Umweltauswirkungen haben, werden im Labormaßstab thermisch, elektrochemisch und photochemisch aufgezeigt.
Wir nutzen Dichtefunktionaltheorie und Wellenfunktionsmethoden, um ein besseres Verständnis der Funktionsprinzipien und Randbedingungen für die Stickstoffaktivierung mit molekularen Komplexen zu erreichen. Hierzu untersuchen wir sowohl thermische als auch photochemische Reaktionspfade.
Publikationen:
• 10.1039/d4sc02713b
• 10.1002/ejic.202300268
• 10.1002/anie.202205922
• 10.1021/jacsau.1c00117
• 10.1039/c8dt00418h
• 10.1002/anie.201812125
• 10.1002/chem.201704651
Die Reduktion von Sauerstoff ist ein wichtiger Teilschritt in der Chemie von Brennstoffzellen. Derzeit werden Katalysatoren auf Platinbasis in Brennstoffzellen eingesetzt, was als erheblicher Kostenfaktor deren weite Einsetzbarkeit hindert.
Wir entwickeln Modelle für sogenannte FeNC-Katalysatoren, die eine grüne Alternative zu Platin-basierten Katalysatoren darstellen. In diesen Katalysatoren wird ein Eisenion mit vier stickstoffbasierten Liganden als katalytisch aktives Zentrum vermutet; die genaue Struktur ist bislang allerdings ungeklärt. Zentral ist auch für dieses Thema die Kombination aus experimentellen und berechneten Spektroskopiedaten, insbesondere der Mößbauer-Spektroskopie, wodurch wir die Zusammensetzung der katalytisch aktiven Zentren auf atomarer Ebene entschlüsseln wollen. In diesem Kontext untersuchen wir auch molekulare Komplexe mit FeN4-Umgebungen. Diese Fragestellungen bearbeiten wir gemeinsam mit Prof. Dr. Ulrike Kramm AK Krammim SFB “Eisen, neu gedacht!” Eisen neu gedacht.
Publikationen:
• 10.1039/D5CP00443H
• 10.1039/d4cp01551g
• 10.1021/jacs.4c00436
• 10.1021/jacsau.3c00714
• 10.1002/chem.202202465
• 10.1021/jacs.2c04865
• 10.1002/aesr.202000064
• 10.1039/D0CC06237E
Weitere Transformationen
Gemeinsam mit experimentellen Gruppen untersuchen wir verschiedene Reaktionen und katalytische Transformationen, an denen Übergangsmetallkomplexe beteiligt sind. Durch die Berechnung der Strukturen und Eigenschaften katalytischer Intermediate tragen wir zur Aufklärung der Reaktionsmechanismen bei. Ein wiederkehrendes Thema ist die Ermittlung der katalytisch aktiven Spezies aus einem Vorkatalysator.
Publikationen:
• 10.1021/acs.inorgchem.4c04255
• 10.1021/jacs.4c02797
• 10.1039/D3SC05516G,
• 10.1021/acscatal.3c02898
• 10.1002/ange.202208663
• 10.1021/acs.inorgchem.4c04255
• 10.1021/acscatal.0c03068
