Zur Erreichung dieses Ziels arbeiten mehrere Themengruppen aus komplementären Bereichen zusammen. Transiente (zeitaufgelöste) Experimente mit isotopenmarkierten Molekülen, stationäre kinetische und mechanistische Messungen sowie spektroskopische Katalysatorcharakterisierung dienen dazu, einzelne Reaktionsschritte zu identifzieren und deren kinetische Parameter zu ermitteln. Mit mathematischen Modellierungen und numerischen Analysen von zeitaufgelösten Experimenten und Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Berechnungen ist es möglich, nahezu elementare kinetische und mechanistische Informationen zu erhalten. Die Kombination ermöglicht einen sehr detaillierten Blick auf die Wirkungsweise verschiedenster Katalysatoren.
Ein Schwerpunkt liegt in der durch mechanistische und kinetische Untersuchungen unterstützten Katalysatorentwicklung sowie Optimierung des Reaktorbetriebs, um katalysierte Reaktionen möglichst effizient durchführen zu können.
Zu diesen Zweck werden verschiedene Techniken und Methoden angewendet und kombiniert.
Chemometrische Methoden ermöglichen die Extraktion von Reinkomponentenspektren und Konzentrationsprofi len von Substraten und Produkten sowie Katalysatorkomplexen und Zwischenprodukten aus zeitaufgelösten FTIR-Spektren. Diese dienen der qualitativen Beschreibung des Reaktionsnetzwerks.
Fester Bestandteil der Forschungsarbeiten des TF 02 ist die Kombination kinetischer Messungen (in situ/ operando NMR-, UV-Vis-Spektroskopie, katalytische Untersuchungen) koordinationschemischer Untersuchungen (NMR, UV-Vis, Röntgen), zeitaufgelöste Produktanalyse, Steady-State Isotopic Transient Kinetic Analysis und DFT-Berechnungen zur Aufklärung von Reaktionsmechanismen und zur Gewinnung der Reaktionskinetik.
Die Etablierung der Schwingungsspektroskopie (wie der Hochdruck-in-situ-Spektroskopie) unterstützt durch DFT-Berechnungen bietet das Potenzial, katalytisch aktive Spezies zu identifizieren und Kinetiken zur Komplex- und Clusterbildung zu entwickeln. Eine gleichzeitige Kombination mit der Elektrochemie (zur Spektrochemie) liefert Informationen über strukturelle Veränderungen und Ladungstransfer der Reaktanden.
Die Zusammenarbeit in TF 02 fördert die Rationalisierung der experimentellen Ergebnisse, auf deren Basis Vorschläge zur Optimierung von Reaktionsbedingungen, Verbesserung von Reaktionsabläufen und Planung neuer Experimente gemacht werden können.