Forschungsverbund „Entwicklung von Designprinzipien für strukturierte Materialien"

Der deutsch-tschechische Forschungsverbund „Entwicklung von Designprinzipien für strukturierte Materialien: Synthese, Charakterisierung und Anwendungen" widmet sich der Forschung im Bereich der Materialwissenschaften. Kooperationspartner sind hierbei die FAU Erlangen-Nürnberg, die Universität Bayreuth, die Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik sowie die Karls-Universität.

Im Rahmen des Forschungsverbundes wurden im abgeschlossenen ersten Jahr die Grundlagen für eine erfolgreiche wissenschaftliche Zusammenarbeit für die nächsten Jahre gelegt. Die beteiligten Forschungsgruppen von Prof. Dr. Martin Hartmann von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Prof. Dr. Josef Breu von der Universität Bayreuth, Prof. Ing. Jiří Čejka, DrSc. von der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik sowie Prof. RNDr. Petr Nachtigall, Ph.D. von der Karls-Universität pflegen dabei eine aktiven Austausch.

Zu Beginn der wissenschaftlichen Kooperation wurden Proben des Zeolith UOV zur Untersuchung mittels Festkörper-NMR-Spektroskopie in Prag hergestellt und dann in Erlangen untersucht. Die Ergebnisse dieser Zusammenarbeit sind in einer wissenschaftlichen Publikation, die im Journal of Materials Chemistry A (V. Kasneryk et al.; J. Mater. Chem. A, 2017,5, 22576-22587) erschienen ist, niedergelegt. Im Anschluss daran wurde der Aluminium-Einbau in unterschiedliche Zeolith-Strukturen untersucht. Dazu wurden Zeolith-Proben (UOV-, MWW- und IFR-Topologie) auf unterschiedliche Weise postsynthetisch mit Aluminium dotiert und die Struktur mittels Röntgendiffraktion überprüft.

Diese Proben wurden dann in Erlangen im Rahmen des Forschungsaufenthaltes von V. Kasneryk mittels 27Al- und 29Si-Festkörper-NMR-Spektroskopie insbesondere im Hinblick auf die Aluminium-Koordionation untersucht. Der erfolgreiche Einbau von Aluminium in tetraedrischer Koordianation hängt sowohl von der Zeolith-Topologie als auch von den experimentellen Bedingungen ab. Weitergehende Untersuchungen insbesondere mittels MQMAS- und 2D-Al-NMR sollen im Rahmen des nächsten Forschungsaufenthaltes von Valeriya Kasneryk in Erlangen erfolgen.

Im Rahmen des Forschungsaufenthaltes von T. Weissenberger am J. Heyrovský Institut für Physikalische Chemie in Prag wurden die katalytischen Eigenschaften von hierarchischen Titan-Silikalith-1 Katalysatoren mit zusätzlichen intrakristallinen Makroporen untersucht. Dazu wurden im Vorhinein verschiedene hierarchische TS-1 Proben synthetisiert und dann in Prag in der flüssig-Phasen-Epoxidation von Alkenen getestet. Als Substrat wurden 1-Octen, 2-Octen, 4-Octen sowie Cycloocten verwendet. Als Referenzkatalysator diente ein konventioneller, rein mikroporöser, TS-1 Zeolith. Die Testreaktion erfolgte als Batchversuch im Dreihalskolben mit Magnetrührer und Rückflusskühler. Die Reaktionsdauer betrug 3 Stunden wobei in regelmäßigen Abständen Proben genommen und durch gaschromatographisch analysiert wurden. Dabei wurden neben dem Substrat auch die Reaktionstemperatur und die Rührerdrehzahl variiert. Weiterhin wurde der Einfluss des Titangehalts der Katalysatoren untersucht.

Neben den beiderseitigen Forschungsaufenthalten konnten auch schon zwei Fachworkshops in Třešť und Český Krumlov sowie ein gemeinsamer wissenschaftlicher Doktoranden-Workshop in Erlangen realisiert werden. Darüber hinaus konnten in Prag auch vier Stipendien in der Gruppe von Prof. Čejka und sechs Stipendien in der Gruppe von Prof. Nachtigal vergeben werden. Zudem soll der wissenschaftliche Austausch der Arbeitsgruppen intensiviert werden.

Titelfoto: Doktoranden-Workshop in Erlangen am 22. – 23.11.2018. Foto: Prof. Dr. Martin Hartmann, FAU Erlangen-Nürnberg

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