Heterogene Katalyse

Die Arbeit der Gruppe konzentriert sich auf die Synthese und Charakterisierung von anorganischen Materialien und richtet hierbei den Fokus auf die heterogene Katalyse. Besonders wichtig sind dabei Materialien mit hohen Oberflächen und einer kontrollierbaren Porosität und nanostrukturierte Katalysatoren. Die untersuchten Reaktionen beinhalten Modellreaktionen, wie CO Oxidation und energierelevante Umsetzungen, wie z. B. die Aktivierung von Methan, die Umwandlung von Biomasse, die Zersetzung von Ammoniak und das Katalysespeichern von Wasserstoff. Diese Forschung wird betrieben mittels Untersuchungen an den Grundprozessen zur Herstellung von Feststoffen.

Ferdi Schüth

Prof. Dr. Ferdi Schüth

Vita Preise Publikationen Funktionen

Seit 1998: Direktor am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung
1995–1998: Professor am Lehrstuhl für Anorganische Chemie an der "Johann Wolfgang Goethe-Universität", Frankfurt
1995: Habilitation an der "Johannes-Gutenberg-Universität" in Mainz, (K. Unger)
1993: Wissenschaftlicher Assistent an der "University of California", Santa Barbara, USA (G. D. Stucky)
1989–1995: Wissenschftlicher Assistent an der "Johannes-Gutenberg-Universität" in Mainz, (K. Unger)
1989: Erstes Staatsexamen der Rechtswissenschaften
1989: Postdoctorand an der Universität von Minnesota, Minneapolis, USA, (L. D. Schmidt)
1988: Promotion an der Westfälischen Wilhelms-Universität in Münster (E. Wicke)
1960: Geboren in Allagen, jetzt Warstein, Deutschland

2011: Hamburger Wissenschaftspreis
2011: Wöhler-Preis für ressourcenschonende Prozesse
2011: Ruhrpreis für Wissenschaft und Kunst
2010: Nominiert für den Deutschen Zukunftspreis
2010: Wahl zum Mitglied der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste
2010: Heisenberg-Medaille der Alexander von Humboldt-Stiftung
2009: European Research Council Advanced Grant
2009: Gastprofessur an der Unisersität Beijing
2008: Wahl zum Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina
2007: Honorarprofessur an der Technischen Universität von Dalian, China
2003: Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)
2002: Wahl zum MItglied der acatech (Deutsche Akademie der Technikwissenschaften)
2001: Preis des Stifterverbandes der Deutschen Wissenschaft
1992–1994: Habilitationsstipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)
1991: Boehringer-Ingelheim Preis
since 1990: Regelmäßige Unterstützung durch die Fonds der Chemischen Industrie
1989: Promotionspreis der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster
1979–1984: Stipendium des Cusanuswerks

2012: Jurymitglied des Deutschen Zukunftspreises
seit 2011: Mitglied des Kuratoriums der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
seit 2010: Mitglied des Kuratoriums der Forschungs- und Wissenschaftsstiftung Hamburg
seit 2010: Mitglied des Hochschulrats der Universität Oldenburg
seit 2009: Vize-Präsident der Dechema
seit 2009: Vize-Präsident des Wissenschaftsrats der Max-Planck-Gesellschaft
2008 - 2011: Mitglied des Gründungsaufsichtsrats des Karlsruher Instituts für Technologie
seit 2007: Vize-Präsident der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)
seit 2007: Mitglied des Hochschulrates der Universität Duisburg-Essen
seit 2007: Mitglied des redaktionellen Beirats von "Advances in Catalysis"
seit 2006: Mitglied des redaktionellen Beirats von "Chemistry - An Asian Journal"
seit 2006: Herausgeber von "Chemistry of Materials"
seit 2005: Mitglied des redaktionellen Beirats von "Chemical Engineering & Technology"
seit 2005: Vorsitzender des Finanzausschusses "Life Science, Materials and Energy" des deutschen High-Tech Fund
seit 2004: Mitglied der Wissenschaftskommission des Bundeslandes Niedersachsen
seit 2004: Vorsitzender des Forschungsausschusses "Chemical Reaction Engineering" der Dechema
seit 2004: Vorstandsmitglied der Gesellschaft Deutscher Chemiker
seit 2004: Mitglied des redaktionellen Beirats von "Chemical Communications"
seit 2003: Mitglied der internationalen Expertenkommission des Elitenetzwerks Bayern
seit 2003: MItglied des redaktionellen Beirats von "QSAR-Combinatorial Science"
seit 2003: Vorsitzender des Auswahlkommittees des Humboldt-Preises
2003–2007: Mitglied der Senatorenkommission der DFG für SFB
2003–2005: Direktor am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung
2002–2007: Mitglied des Auswahlkommittees des Heinz Maier-Leibnitz-Preises
seit 2002: Mitgiled des IMMA-Rates
2001–2006: Mitglied des redaktionellen Beirats von "Chemistry of Materials"
2001–2007: Mitglied des IZA-Rates
seit 2001: Vorsitzender der IZA Kommission für mesoporöse Materialien
seit 2000: Mitglied des Auswahlkommittees des Humboldt-Preises
seit 2000: Vorstandsmitglied der Dechema
1999–2005: Mitglied des Kuratoriums "Nachrichten aus der Chemie"
seit 1999: Gründer, Vorstandsvorsitzender und Vorsitzender des wissenschaftlichen Rates der hte AG
1998–2005: Vorsitzender des Dechema Fachausschusses "Zeolithe"
seit 1998: Mitglied des redaktionellen Beirats von "Advanced Materials"
seit 1996: Mitglied des redaktionellen Beirats von "Microporous Materials"
1996–2002: Mitglied des Arbeitsausschusses "Mikroreaktionstechnik" der Dechema
1995–2005: Mitglied des Arbeitsausschusses "Zeolithe" der Dechema
1995–2001: Koordinator des DFG-Schwerpunktprogramms "Nanoporous Crystals"
1995–1997: Direktor des Instituts für anorganische Chemie der Universität Frankfurt
seit 1994: Mitglied des Arbeitsausschusses "Heterogene Katalyse" der Dechema

2010

D. Gu, H. Bongard, Y. Meng, O. Terasaki, F. Zhang, Y. Deng, Z. Wu, D. Feng, Y. Fang, B. Tu, F. Schüth, D.Y. Zhao: Growth of Single-Crystal Mesoporous Carbons with Im3m Symmetry Chem.Mater., submitted

R. Rinaldi, P. Engel, J. Büchs, A.C. Spiess, F. Schüth: An Integrated Catalytic Approach to the Complete Hydrolysis of Cellulose to Fermentable Sugars ChemSusChem, published online 26.08.2010

A. Pommerin, C. Weidenthaler, F. Schüth, M. Felderhoff: Direct synthesis of pure complex aluminum hydrides by cryomilling Scripta Materialia 62, 576-578 (2010)

W.Q. Zheng, J. Zhang, B. Zhu, R. Blume, Y.L. Zhang, K. Schlichte, R. Schlögl, F. Schüth, D.S. Su: Structure-Function Correlations for Ru/CNT in the Catalytic Decomposition of Ammonia ChemSusChem 3, 226-230 (2010)

R. Rinaldi, N. Meine, J. vom Stein, R. Palkovits, F. Schüth: Which controls the depolymerization of cellulose in ionic liquids: the solid acid catalyst or cellulose? ChemSusChem 3, 266-276 (2010)

F. Schüth: Poröse Materialien im Überblick Chemie-Ingenieur-Technik 82, 769-777 (2010)

R. Palkovits, D. Arlt, H. Stepowska, F. Schüth: Cross-metathesis as a versatile tool for reversible surface modifications Microporous Mesoporous Mater. 132, 319-327 (2010)

M. Feyen, C. Weidenthaler, F. Schüth, A.-H. Lu: Synthesis of structurally stable colloidal composites as magnetically recyclable acid catalysts Chem.Mater. 22, 2955-2961 (2010)

Y. Liu, Y. Meng, C.-J. Jia, C. Weidenthaler, A.-H. Lu, M. Comotti, B. Spliethoff, W. Schmidt, F. Schüth: Calcium fluoride as support for Au nanoparticles in CO oxidation: Influence of preparation methods ChemCatChem, submitted

Y. Liu, C.J. Jia, J. Yamasaki, O. Terasaki, F. Schüth: Highly Active Iron Oxide Supported Gold Catalysts for CO Oxidation: How Small Must the Gold Nanoparticles Be? Angew.Chem.Int.Ed., 122, 5907 –5911 (2010)

M. Feyen, C. Weidenthaler, A.H. Lu, F. Schüth Regioselectively controlled synthesis of colloidal mushroom nanostructures and their hollow derivatives J.Am.Chem.Soc. 132, 6791-6799 (2010)

W. Schmidt, P. Bussian, M. Lindén, H. Amenitsch, P. Agren, M. Tiemann, F. Schüth: Accessing ultrashort reaction times in particle formation with SAXS experiments: ZnS precipitation on the microsecond time scale J.Am.Chem.Soc. 132, 6822-6826 (2010)

A.-H. Lu, W.-C. Li, G.-P. Hao, B. Spliethoff, H.-J. Bongard, B.B. Schaack, F. Schüth: Easy Synthesis of Hollow Polymer, Carbon and Graphitized Microspheres Angew.Chem.Int.Ed. 49, 1615-1618 (2010)

A. B. Laursen, K. T. Højholt, S.B. Simonsen, L. F. Lundegaard, S. Helveg, F. Schüth, M. Paul, J.-D. Grunwaldt, C.H. Christensen, K. Egeblad: Substrate Size-Selective Catalysis with Zeolite-Encapsulated Gold Nanoparticles Angew.Chem.Int.Ed. 49, 3504-3507 (2010)

R. Güttel, M. Paul, F. Schüth: Ex-post Size Control of High-Temperature-Stable Yolk-Shell Au, @ZrO2 Catalysts Chem.Commun. 46, 895-897 (2010)

Y. Liu, H. Tüysüz, C.-J. Jia, M. Schwickardi, R. Rinaldi, A.-H. Lu, W. Schmidt, F. Schüth: From glycerol to allylalcohol: Iron oxide catalyzed dehydration and consecutive hydrogen transfer Chem.Commun. 46, 1238-1240 (2010)

F. Schüth, R. Palkovits, R. Schlögl, D.S. Su: Ammonia as a Possible Element in an Energy Infrastructure: Catalysts for Ammonia Decomposition ChemSusChem, submitted

M Benitez, O. Petracic, H. Tüysüuz, F. Schüth, H. Zabel: Fingerprinting the magnetic behavior of antiferromagnetic nanostructures using remanent magnetization curves Phys.Rev.B, in press

C.J. Jia, Y. Liu, W. Schmidt, A.H. Lu, F. Schüth: Small Sized HZSM-5 Zeolite as Highly Active Catalyst for Gas Phase Dehydration of Glycerol to Acrolein J.Catal. 269, 71-79 (2010)

R. Palkovits, C. von Malotki, M. Baumgarten, K. Müllen, C. Baltes, M. Antonietti, P. Kuhn, J. Weber, A. Thomas, F. Schüth: Development of molecular and solid catalysts for the direct low-temperature oxidation of methane to methanol ChemSusChem 3, 277-282 (2010)

D. Gu, H. Bongard, Y.H. Deng, D. Feng, Z.X. Wu, Y. Fang, J.J. Mao, B. Tu, F. Schüth, D.Y. Zhao: Aqueous Emulsion Route to Synthesize Mesoporous Carbon Vesicles and Their Nanocomposites Adv.Mater. 22, 833-837 (2010)

Liste aller Publikationen zum Herunterladen (PDF)

Forschungsthemen

Hochdurchsatzverfahren in der Katalyse: Hochdurchsatzverfahren in der Katalyse

Ende der 90er Jahre wurden Hochdurchsatzverfahren in der heterogenen Katalyse eingeführt. Diese Entwicklung wurde ausgelöst durch ähnliche Techniken, die in der pharamzeutischen Industrie angewandt werden. Eine charakteristische Eigenschaft dieses Verfahrens ist die massive Parallisierung von zeitintensiven Prozessschritten. Unsere Arbeitsgruppe arbeitet an der Entwicklung von Testmethoden mit hohem Durchsatz für die heterogene Katalyse. Ein Großteil der katalytischen Versuchsaufbauten unserer Gruppe ist bereits parallisiert. Während ursprünglich die Entwicklung von experimentellen Techniken im Fokus unserer Arbeit stand, wird dieser Bereich der Forschung nun von einer ausgegründeten Firma übernommen (www.hte-company.de), die industrielle Lösungen für Hochdurchsatzprobleme liefert. Die Gruppe ist allerdings immer noch in der Entwicklung spezieller Techniken und von Methoden der künstlichen Intelligenz aktiv, mit der die Suche nach neuen Katalysatorsystemen unterstützt wird.
Nanostrukturierte Katalysatoren: Nanostrukturierte Katalysatoren

Feste Katalysatoren sind oft auf der Nanometerskala strukturiert. Es gibt verschiedene Methoden um eine solche Nanostrukturierung zu erreichen, u. a. werden unterschiedliche Tamplateverfahren genutzt. Die Kombination aus Trägermaterialien mit hoher Oberfläche und vorgeformten Nanopartikeln ermöglicht einen hoch flexiblen Zugang zu nanostrukturierten Katalysatoren. Wir benutzen zahlreiche unterschiedliche Nanopartikel, um hoch aktive geträgerte Katalysatoren herzustellen, z. B. für die CO Oxidation bei sehr niedriger Temperatur. Ausgeklügelte Prozesse werden für die Herstellung von Kernschalesystemen genutzt, in deren Hohlräume einzelne Metalle eingeschlossen werden. Auf diese Weise sind die Nanopartikel wirksam von einander isoliert und sintern wird verhindert.
Aufbau meso- und microporöser Festkörper: Aufbau meso- und microporöser Festkörper

Mesoporöse Festkörper haben Poren mit Durchmessern zwischen 2 und 50 nm, mikroporöse Materialen Poren unter 2 nm. Zahlreiche verschiedene mikro- und mesoporöser Festkörper sind bekannt, wie z. B. Kieselgel oder Aktivkohle. Die Arbeiten der Gruppe auf diesem Gebiet beschäftigen sich vornehmlich mit der Herstellung von mikro- und mesoporösen Materialien mit einem geordneten Porensystem. Zur Herstellung solcher Materialien werden zwei verschiedene Prozesse angewandt: auf der einen Seite können die Materialen durch sogenannte Template strukturiert werden. Dabei handelt es sich um Moleküle, wie etwa bei der Zeolitsynthese oder nur geordnete Anordnungen von Molekülen in Form von Flüssigkristallen. Auf der anderen Seite ist die Strukturierung durch das sogenannte "Nanocasting" möglich. Hierbei handelt es sich um vorgeformte Porensysteme, die als eine Art Gussform für ein anderes Material dienen. Dieses Verfahren ähnelt einem Gussprozess auf der Makroskala.
Keimbildung und Kristallwachstum: Keimbildung und Kristallwachstum

Die ersten Schritte bei der Bildung eines Festkörpers aus einer Lösung sind sehr schwer zu untersuchen und die "Geburt" eines Festkörperpartikels, dem Nukleus, ist kaum zu fassen. Andererseits hat die Bildung des Keims große Auswirkungen auf die Eigenschaften der Partikel, die letztendlich als Resultat eines Fällungsprozesses entstehen. Da lösungsbasierte Herstellungsprozesse eine sehr wichtige Rolle bei der Herstellung von Festkörperkatalysatoren spielen, widmet sich ein Teil der Arbeitsgruppe der Erforschung grundlegender Aspekte der Keimbildung. Eine vielseitige Methode für diese Art von Studien ist die Massenspektometrie. ESI Massenspektrometrie-Techniken wurden entwickelt, um Einblicke in die Prozesse bei der Herstellung von Zeolithen aus Lösungen zu erhalten. Es wurde herausgefunden, dass unmittelbar vor der Festkörperbildung die strukturellen Elemente des Zeoliths bereits in der Lösung vorhanden sind. Diese Techniken werden nun auf andere Systeme ausgeweitet.
Materialien zur Speicherung von Wasserstoff: Materialien zur Speicherung von Wasserstoff

Die Speicherung von Wasserstoff ist eines der Hauptprobleme bei der Implementierung einer Wasserstoffenergiewirtschaft. Festkörperhydride sind mögliche Alternativen zur Druck- bzw. Flüssigspeicherung von Wasserstoff. Nachdem die Entwicklung von mit Titanium angereicherten NaAlH₄ so weit fortgeschritten ist, dass die Geschwindigkeit der Be- und Entladung dieses reversiblen Hydrids für die technische Anwendung ausreicht, wird die Arbeit nun auf die Herstellung anderer potentieller Speichermaterialien mit größeren Kapazitäten ausgeweitet. Da es eine Vielzahl komplexer Hydride gibt, die hierfür grundsätzlich in Frage kämen, wurde ein Forschungsprogramm aufgelegt, um nach solchen Materialien zu suchen. Die Möglichkeiten der Gruppe umfassen die Synthese bei Hochdruck (bis zu 1.000 bar) und tiefen Temperaturen, verschiedene Systeme zur mechanischen Aktivierung sowie umfassende in-situ Möglichkeiten für die Untersuchung von Hydrierungs- und Dehydrierungsreaktionen.
Konversion von Biomasse: Konversion von Biomasse

Aufgrund der erwarteten Erschöpfung fossiler Brennstoffe, benötigen wir Alternativen, um unsere Geschellschaft mit Kraftstoffen und unsere Chemieindustrie mit Rohstoffen zu versorgen. Es gibt verschiedene Arten von Biomasse, die hierfür geeignet sind, aber Lignocellulose ist die bevorzugte, da es hier keine Konkurrenz zu Nahrungs- und Futtermitteln gibt. Die Arbeit in der Gruppe konzentriert sich auf die Depolymerisation von Cellulose und die weitere Konversion der daraus entstehenden Zucker. Poröse funktionalisierte Polymere stehen im Fokus der Katalysatorenentwicklung, da sie aufgrund ihrer Vielseitigkeit einfach an die Bedingungen angepasst werden können, die bei der Umsetzung von Biomasse vornehmlich in wässriger Lösung auftreten.