Molekulare Faktoren der katalytischen Selektivität

Abstract Selektivität – die Bildung eines bestimmten Produkts aus einer Auswahl von thermodynamisch möglichen molekularen Produkten – ist der Schlüssel zur Entwicklung sauberer Prozesse, bei denen keinerlei Nebenprodukte entstehen (“grüne Chemie”). Kleine Unterschiede in den Aktivierungsbarrieren für einzelne Schritte bestimmen, über welchen Reaktionsweg das gewünschte molekulare Produkt gebildet wird (Selektivität), wohingegen die Aktivierungsbarriere der Gesamtreaktion die Umsatzgeschwindigkeiten vorgibt (Aktivität). Kürzlich wurde gezeigt, wie Parameter auf atomarer oder molekularer Ebene abgestimmt werden können – beispielsweise hängen Umsatzgeschwindigkeiten und Selektivitäten von der Größe und Form von Nanopartikeln ab, weil sich die aktiven Zentren auf ihren Oberflächen unterscheiden. Hier rücken wir sieben molekulare Faktoren in den Blickpunkt, die die Selektivität heterogenkatalytischer Reaktionen an Metalleinkristall‐Modelloberflächen und an Kolloidnanopartikeln beeinflussen: die Oberflächenstruktur, Strukturveränderungen durch Adsorbatbindung, die Beweglichkeit des Adsorbats, Reaktionszwischenstufen, die Oberflächenzusammensetzung, der Ladungstransport sowie der Oxidationszustand. Wir stellen die Bedeutung der einzelnen Faktoren anhand von Beispielen heraus und beschreiben, welche Methoden uns zur In‐situ‐Untersuchung ihrer Rolle bei Oberflächenreaktionen zu Gebote stehen.