Die Liste der Trägermaterialien für Palladiumkatalysatoren

Palladiumkatalysatoren sind für viele chemische Reaktionen unverzichtbar, insbesondere für die Hydrierung, Oxidation und die Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen. Die Wirksamkeit von Palladiumkatalysatoren wird maßgeblich durch die Wahl des Trägermaterials beeinflusst. Das Trägermaterial bietet nicht nur eine große Oberfläche für die Palladiumdispersion, sondern beeinflusst auch die Stabilität, Aktivität und Selektivität des Katalysators.

Nachstehend sind die wichtigsten Trägermaterialien aufgeführt, die in der Palladiumkatalyse verwendet werden und jeweils einzigartige Vorteile für verschiedene Anwendungen bieten:

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Abb. 1 Palladiumkatalysatoren auf Kohlenstoffbasis

1. Kohlenstoffbasierte Träger

• Aktivierter Kohlenstoff (Pd/C): Als eines der gängigsten Trägermaterialien bietet Aktivkohle eine große Oberfläche für die Palladiumdispersion. Pd/C ist besonders effektiv bei Hydrierungsreaktionen und feinchemischen Synthesen. Die hohe Porosität und Stabilität von Kohlenstoff tragen zur Wiederverwendbarkeit des Katalysators bei.
• Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Pd/CNT): Kohlenstoff-Nanoröhren bieten im Vergleich zu Aktivkohle eine noch größere Oberfläche und eine hervorragende Leitfähigkeit. Aufgrund ihrer hohen thermischen und chemischen Stabilität werden sie häufig in modernen Anwendungen wie Brennstoffzellen und Sensoren eingesetzt.

2. Tonerde (Al2O3)

• Palladium auf Aluminiumoxid (Pd/Al2O3): Aluminiumoxid ist aufgrund seiner hohen thermischen Stabilität und seiner Fähigkeit, Hochtemperaturreaktionen standzuhalten, ein weit verbreiteter Träger. Pd/Al2O3 wird häufig für katalytische Reformierungs- und Dehydrierungsprozesse verwendet, bei denen die Hochtemperaturbeständigkeit entscheidend ist.
• Gamma-Aluminiumoxid: Diese Form von Aluminiumoxid ist für ihre große Oberfläche und ihre einstellbaren sauren Eigenschaften bekannt, die für spezifische Reaktionen, wie selektive Oxidation oder Hydrierung, maßgeschneidert werden können.

3. Kieselerde (SiO2)

• Palladium auf Siliciumdioxid (Pd/SiO2): Siliciumdioxid bietet eine große Oberfläche und wird häufig für Reaktionen verwendet, die einen neutralen Träger erfordern. Pd/SiO2 ist besonders effektiv bei Reaktionen wie der Hydrierung und Dehydrierung von organischen Verbindungen. Aufgrund seiner Stabilität und seines geringen Säuregehalts eignet sich Siliciumdioxid für Verfahren, bei denen saure Trägerwechselwirkungen unerwünscht sind.

4. Zeolithe

• Palladium auf Zeolithen (Pd/Zeolith): Zeolithe mit ihrer hoch geordneten porösen Struktur bieten aufgrund ihrer Säure-Base-Eigenschaften und ihrer Formselektivität einzigartige katalytische Eigenschaften. Pd/Zeolith-Katalysatoren werden häufig für Reaktionen wie selektive Hydrierung und Hydrocracking verwendet, bei denen Größe und Form der Poren die katalytische Aktivität steuern können.
• Hierarchische Zeolithe: Diese Zeolithe weisen sowohl Mikroporen als auch Mesoporen auf und bieten eine bessere Zugänglichkeit für größere Moleküle und eine höhere Stabilität, insbesondere bei Reaktionen wie der selektiven Oxidation.

5. Metalloxide

• Palladium auf Titaniumdioxid (Pd/TiO2): Titandioxid ist ein stabiles und vielseitiges Trägermaterial. Pd/TiO2 wird für Reaktionen wie Hydrierung und Oxidation verwendet, wobei der Titandioxidträger eine Rolle bei der Elektronenübertragung und der Photokatalyse spielt, insbesondere unter UV-Licht.
• Palladium auf Zirkoniumdioxid (Pd/ZrO2): Zirkoniumdioxid wird wegen seiner hohen Stabilität bei hohen Temperaturen verwendet. Pd/ZrO2 eignet sich für Reaktionen wie die selektive Hydrierung und Oxidation, bei denen sowohl die katalytischen Eigenschaften von Palladium als auch die thermische Stabilität von Zirkoniumdioxid von wesentlicher Bedeutung sind.

6. Magnesia (MgO)

• Palladium auf Magnesia (Pd/MgO): Magnesiumoxid unterstützt Palladium bei Reaktionen, bei denen sowohl basische als auch thermische Eigenschaften wichtig sind. Pd/MgO-Katalysatoren sind besonders nützlich für katalytische Hydrierungs- und Reformierungsverfahren.

7. Graphen

• Palladium auf Graphen (Pd/Graphen): Graphen mit seiner großen Oberfläche, elektrischen Leitfähigkeit und mechanischen Festigkeit wird zunehmend als Träger für Palladium verwendet. Pd/Graphen-Katalysatoren sind bei Hydrierungs- und Brennstoffzellenanwendungen sehr effektiv und bieten verbesserte elektronische Eigenschaften und Aktivität.

8. Polymere Träger

• Palladium auf Polymeren (Pd/Polymer): Polymere wie Polystyrol oder Polyethylen können als Träger für Palladium in speziellen Reaktionen, häufig in der Flüssigphasenkatalyse, verwendet werden. Diese Träger können eine einzigartige Selektivität und Stabilität in katalytischen Prozessen mit organischen Lösungsmitteln bieten.

9. Metallträger

• Palladium auf Gold (Pd/Au): In einigen Fällen wird Gold aufgrund seiner einzigartigen elektronischen Eigenschaften als Träger für Palladium verwendet. Pd/Au-Katalysatoren sind besonders wirksam bei bestimmten Arten von Oxidations- und Hydrierungsreaktionen, bei denen die Goldoberfläche die Aktivität des Palladiums verstärkt.
• Palladium auf Kupfer (Pd/Cu): Kupfer unterstützt Palladium bei Reaktionen, die ein Gleichgewicht von Oxidations- und Reduktionseigenschaften erfordern. Pd/Cu-Katalysatoren werden häufig in Prozessen wie Hydrierung und selektiver Oxidation eingesetzt.

Katalysatoren auf Palladiumbasis auf verschiedenen Trägern

Diese Tabelle zeigt die verschiedenen Trägermaterialien, die für Katalysatoren auf Palladiumbasis verwendet werden, ihre besonderen Eigenschaften und ihre jeweiligen Anwendungsbereiche. Weitere Informationen finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Schlussfolgerung

Die Wahl des Trägermaterials für Palladiumkatalysatoren spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Wirksamkeit, Stabilität und Selektivität des Katalysators in verschiedenen Reaktionen. Durch die Optimierung der Wechselwirkung zwischen Palladium und seinem Träger können Forscher und Ingenieure die Reaktionseffizienz verbessern und den Anwendungsbereich der Palladiumkatalyse in modernen chemischen Prozessen erweitern.

Referenz:

[1] Roman M. Mironenko, Olga B. Belskaya, Tatiana I. Gulyaeva, Mikhail V. Trenikhin, Vladimir A. Likholobov, Palladium nanoparticles supported on carbon nanoglobules as efficient catalysts for obtaining benzocaine via selective hydrogenation of ethyl 4-nitrobenzoate, Catalysis Communications, Volume 114, 2018, Pages 46-50, ISSN 1566-7367, https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.06.002.