DE102013106637A1 - Katalytisch aktive Kohlenstoffmaterialien, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung als Katalysatoren - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft katalytisch aktive, mit Übergangsmetall modifizierte karbonisierte stickstoffhaltige Kohlenstoffmaterialien, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung als Katalysator.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft katalytisch aktive, mit Übergangsmetall modifizierte karbonisierte stickstoffhaltige Kohlenstoffmaterialien, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung als Katalysator.
- Methan kommt vielfältig vor und wird auf der Erde ständig neu gebildet, so z.B. bei biologischen und geologischen Prozessen. Heute ist Methan ein fester Bestandteil unserer Energiewirtschaft und wird zum Beispiel auch vielfach als Brennstoff in Biogasanlagen hergestellt. Weiterhin ist die Methanisierung nach vorhergehender Wasserelektrolyse das Grundprinzip zur Gewinnung von Wind- oder Solargas, dem im Bereich der regenerativen Energien eine zunehmende Bedeutung zugeschrieben wird. Darüber hinaus werden schätzungsweise jährlich 600 Millionen Tonnen Methan emittiert bzw. abgefackelt, was die ineffiziente Nutzung dieses Rohstoffs darstellt.
- Wie alle Alkane zeigt Methan allerdings eine relativ geringe Reaktivität, weil die C-H-Bindungen relativ stabil sind und nicht einfach gebrochen werden können und keine funktionellen Gruppen vorhanden sind.
- Somit stellt die direkte Umsetzung von Methan mittels C-H-Aktivierung eine Herausforderung dar, da die Entwicklung von effizienten Katalysatoren mit ausreichenden Aktivitäten und Selektivitäten durch die hohe C-H Bindungsenergie erschwert wird. Demnach ist ein konkurrenzfähiger Prozess zur direkten Umsetzung von Methan in flüssige Produkte aufgrund ineffezienter Katalysatoren derzeit nicht verfügbar.
- Das derzeit aktivste katalytische System wurde von Periana und seinen Mitarbeitern entwickelt (R. A. Periana, D. J. Taube, S. Gamble, H. Taube, T. Satoh and H. Fujii, Science, 1998, 280, 560–564). Der von dieser Gruppe entwickelte Dichlorobipyrimidyl-Platin(II) Komplex (im genaueren Pt(bpym)Cl2) ermöglicht die katalytische Oxidation von Methan in konzentrierter oder rauchender Schwefelsäure mit hohen Ausbeuten und Methanolselektivitäten von über 90%. Als Produkt bildet sich zunächst Methylbisulfat, welches anschließend zu Methanol hydrolysiert werden kann. Somit dient die Säure innerhalb des Prozesses sowohl als Oxidationsmittel als auch als Schutzreagenz. Jedoch stellen die schwierige Katalysator- und Produktabtrennung, sowie die begrenzte katalytsche Aktivität noch erhebliche Schwierigkeiten für eine industrielle Anwendung dar. Derzeit bieten weder homogene noch heterogene oder enzymatische Katalysatorsysteme eine anwendungsreife alternative Lösung.
- Ein neuartiges Katalysatorsystem, welches durch eine koordinative Bindung von Pt2+ zu einem Covalent Triazine Framework (CTF) dem Periana-Katalysator ähnelt, wurde von den Erfindern vor einiger Zeit entwickelt, und zeigte vergleichbare Aktivitäten zum Periana-Katalysator. Jedoch ist die Synthese des Katalysators aufwendig und die erreichten Reaktionsraten sind für eine mögliche industrielle Anwendung noch zu verbessern.
- Ein weiteres, im Stand der Technik bekanntes Katalysatormaterial basiert dabei auf Präkursoren aus Biomasse (Green, Vol. 2 (2012), pp. 25–40). Dabei führte die hydrothermale Karbonisierung mit anschließender thermischer Behandlung von Biomaterialien wie beispielsweise Chitin-basierten Ausgangsverbindungen (insbesondere des Exoskeletts eines Hummers) zu porösen Kohlenstoffmaterial (ExLOB) mit großen spezifischen Oberflächen (> 400 m2/g) und variablen chemischen Eigenschaften. Eine weitere Modifizierung dieser ExLOB-NDC-Materialien mit einer Pt2+-Spezies ergab koordinativ-modifizierte Pt2+-ExLOB-NDC-Materialien. Zwar wiesen diese Materialien teilweise eine hohe katalytische Aktivität auf, jedoch hat sich in Rezyklisierungsexperimenten gezeigt, dass die hohe Aktivität nicht beibehalten werden konnte und die Materialien desaktivierten. Darüber hinaus ist bei solchen auf Biomasse basierenden Katalysatormaterialien eine vollständige Reproduzierbarkeit aufgrund der natürlichen Vielfalt nur selten zu realisieren.
- Es besteht daher ein Bedarf an einem insbesondere hinsichtlich der Reproduzierbarkeit verbesserten Katalysatorsystem, das zum einen eine hohe katalytische Aktivitäten, insbesondere zur direkten Oxidation von Methan zu Methanol zeigt, zum anderen stabil ist und insbesondere nicht zum Leaching des katalytisch aktiven Metalls neigt.
- Seitens der Erfinder wurden Untersuchungen zu stickstoffhaltigen Kohlenstoffmaterialien (im Folgenden als NDC-Materialien bezeichnet) durchgeführt, die sich aufgrund ihrer thermischen und oxidativen Stabilität als besonders geeignete Katalysatormaterialien erwiesen. Stickstoffhaltiges Kohlenstoffmaterial bedeutet erfindungsgemäß ein Kohlenstoffgerüst oder -netzwerk, in dem einzelne Plätze innerhalb des Gerüstes durch Stickstoffatome besetzt sind und die ein Übergangsmetall koordinieren können.
- So untersuchten die Erfinder einfach durchzuführende und kostengünstige Synthesewege, um mit Stickstoff angereicherte Kohlenstoffnetzwerke herzustellen.
- Die Untersuchungen der Erfinder ergaben, dass Katalysatorsysteme auf Basis stickstoffhaltiger Kohlenstoffmaterialien für das erfindungsgemäße Oxidationsverfahren gut geeignet sind. Solche Katalysatorsysteme können dadurch hergestellt werden, dass auf Stickstoff und Kohlenstoff basierte Polymermaterialien unter inerter Atmosphäre oder unter Vakuum einer thermischen Karbonisierung unterzogen werden. Wahlweise kann für diese Materialien entweder durch Templating während der Polymersynthese oder durch aus dem Stand der Technik bekannte Wasserdampfaktivierung dem Material gezielt eine Porenstruktur verliehen werden.
- Die vorliegende Erfindung ist daher gerichtet auf Verfahren zur Herstellung stickstoffhaltiger Kohlenstoffmaterialien, die sich dadurch auszeichnen, dass ein stickstoff- und kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial einer Karbonisierungsbehandlung unterzogen wird und das erhaltene Material einem Beladungsschritt mit einem katalytisch aktiven Metallsalz, insbesondere Pt, Hg oder Pd, oder einer anderen Metallverbindung unterzogen werden.
- Als stickstoffhaltige Materialien sind erfindungsgemäß insbesondere solche Materialen verwendbar, die polymere Strukturen aufweisen oder diese unter den Bedingungen einer Karbonisierung ausbilden. Besonders geeignet sind dabei stickstoffhaltige Kohlenwasserstoffpolymere, die Amino-, Imino-, Amido-, Nitril-Einheiten aufweisen und aus monomeren Kohlenwasserstoffen oder Kombinationen davon aufgebaut sind. Beispiele sind in der folgenden Tabelle angegeben:
- Die vorstehenden Verbindungen sind beispielhaft gemeint, und der Fachmann kann weitere C-N-haltige Polymere identifizieren, die gut karbonisierbar sind und sich daher als Vorläuferverbindungen eignen.
- Obgleich es grundsätzlich möglich ist, dass stickstoffhaltige Kohlenwasserstoffe aus Kohlenwasserstoffen und stickstoffhaltigen Verbindungen wie Aminen oder Ammoniak unter den Karbonisierungsbedingungen und/oder Hydrothermalbehandlungsbedingungen gebildet werden, sind solche Verbindungen als Ausgangsmaterialien bevorzugt, die vor einer solchen Behandlung bereits Amino-, Imino-, Imido- und/oder Nitril-Gruppen im Gerüst wie bei einem Polymer wie in der obigen Tabelle angegeben enthalten.
- Erfindungsgemäß bevorzugt sind somit C-N-haltige Polymere auf Basis von C-N-haltigen Monomeren wie Polyacrylnitril, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisate (ABS), SAN, ASA, Polyamide wie Polycaprolactam, (PA 6), Nylon, (PA 6.6), Poly-(hexamethylensebacamid), (PA 6.10), Poly-(hexamethylen-dodecandiamid), (PA 6.12), Polyundecanolactam, (PA 11), Polylauryllactam, (PA 12), Polybenzimidazol, Polypyrrol, Polyamine, Polyimide und Polyurethane,, die auch mit C1- bis C12-Alkylgruppen substituiert sein können, und Mischungen davon Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Polyacrylnitril, Polyurethanen, Polyamiden, etc. die im Weiteren dann einer Karbonisierungsbehandlung unterzogen werden.
- Die erfindungsgemäße Karbonisierung des stickstoffhaltigen Polymers wird unter Ausschluss einer reaktiven Atmosphäre, z.B. unter inertem Schutzgas, in der Regel in einem Temperaturbereich von 600° bis 1200 °C über einen Zeitraum von 0,5 bis 12 Stunden durchgeführt. Bevorzugt wird die Karbonisierung unter inerter Atmosphäre bei Temperaturen von 900° bis 1200°C über einen Zeitraum von 2 bis 6, besonders 3 bis 5 Stunden, beispielweise über 4 Stunden, durchgeführt.
- Das so erhaltene Kohlenstoffmaterial wird mit einer Lösung eines katalytisch aktiven Metallsalzes oder einem Gemisch aus mehreren Metallsalzen behandelt. Das katalytisch aktive Metall wird in der Regel ausgewählt aus Metallen der Nebengruppen I–VII, besonders aus der Nebengruppe I, II und VIII und ganz besonders aus der Nebengruppe VIII des PSE, oder Mischungen davon. Die Menge an katalytisch aktivem Metall beträgt dabei 0,01 bis 5 Gew.-% bezogen auf die Menge an eingesetztem karbonisiertem stickstoffhaltigem Kohlenstoffmaterial.
- Als katalytisch aktives Metall ist somit die Verwendung von Pt, Pd, Hg, Co, Rh, Ir, Ni, Ru, Fe, Au, Ag und Cu erfindungsgemäß möglich, bevorzugt ist die Verwendung von Pt, insbesondere in der Form von K2PtCl4, PtCl2(NH3)2, Pt(Acetylacetonat)2, Pt(1,5-Cyclooctadien)Cl2, K2PtCl6, H2PtCl6 oder PtCl2.
- Das erhaltene katalytisch aktive Material auf Basis von stickstoffhaltigen Kohlenstoffmaterialen ist zur Verwendung als Katalysator in Oxidationsprozessen sehr gut geeignet. So kann es insbesondere für die Umsetzung von Methan zu Methanol im Periana-System eingesetzt werden. Daneben sind Verwendungen für Oxidations-, Hydrierungs-, Hydroaminierungs-, Isomerisierungs-, Umlagerungs- und Hydroformylierungsreaktionen möglich.
- Falls gewünscht, kann das Material auch einem Formgebungsschritt in einer Formgebungsvorrichtung wie zum Beispiel Tablettierpresse, Extruder, Pelletierer unterzogen werden.
- Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele und Figuren weiter erläutert. Dabei zeigen:
-
1 das Verfahren zur Reaktionsdurchführung nach Beispiel 8 mit dem Reaktionsautoklav (Autoklav 1) und mit Vorheizautoklav für Methan (Autoklav 2); -
2 den Reaktionsverlauf für verschiedene Katalysatoren nach Beispiel 8 ("PAN-C-1100": bei 1100°C karbonisierter Polyacrylonitril-basierter Katalysator (entsprechend Beispiel 1); "PAN-C-1100-WA": bei 1100°C karbonisierter Polyacrylonitril-basierter Katalysator (entsprechend Beispiel 2); "ExLOB-900": Auf Biomasse basierendes Katalysatormaterial; "CTF": Covalent Triazine Framework). - Herstellungsbeispiele
- Beispiel 1
- Stickstoffhaltiges Kohlenstoffmaterial wurde entsprechend der Methode nach Lu et al. (Chem. Mater., Vol. 16, No. 1, 2004) hergestellt. Es wurden 9,88 g Silica (Davisil, 60 Å Porengrösse, 100–200 Sieb) 12 Stunden bei 150°C im Vakuum (10–3 bar) getrocknet. Das weiße Pulver wurde anschließend mit Hilfe der „incipient wetness“-Methode mit einer Lösung aus 7,5 mL Acrylonitril und 40 mg AMBN (2 2'-Azobis-(2-methylbutyronitrile)) imprägniert. Die Polymerisationsreaktion zum Polyacrylnitril wurde bei 50°C für 15 Stunden und nachfolgend bei 60°C für 8 Stunden in einem Autoklaven durchgeführt. Das erhaltene weiße Pulver wurde anschließend für 15 Stunden bei 200°C in einem Muffelofen behandelt. Die Karbonisierung erfolgte in einem Röhrenofen im Stickstoffstrom, wobei mit 5°C/Minute auf 1100°C geheizt und diese Temperatur für 4 Stunden gehalten wurde. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde das schwarze Pulver in einem 500 mL Glaskolben überführt und mit 400 mL 1M Natronlauge bei 60°C für mindestens 3 Tage behandelt. Abschließend wurde der Feststoff abfiltriert, intensiv mit Wasser und Aceton gewaschen und bei 90°C getrocknet.
- Zur Koordination von Platin wurden 46 mg K2PtCl4 in 1 L deionisiertem Wasser gelöst, wonach anschließend 400 mg Stickstoffhaltiges Kohlenstoffmaterial hinzugegeben und das Gemisch für mindestens 48 Stunden gerührt wurde. Das schwarze Pulver wurde abfiltriert, intensiv mit 3 L deionisertem Wasser gewaschen und bei 90°C getrocknet.
- Beispiel 2
- Stickstoffhaltiges Kohlenstoffmaterial wurde entsprechend einer abgewandelten Methode zu Lu et al. (Chem. Mater., Vol. 16, No. 1, 2004) hergestellt. Es wurden 15 mL Acrylonitril und 80 mg AMBN (2 2'-Azobis-(2-methylbutyronitrile) gemischt und in einem Autoklaven bei 50°C für 15 Stunden und nachfolgend bei 60°C für 8 Stunden erwärmt. Das weiße Polyacrylnitril wurde anschließend für 15 Stunden bei 200°C im Muffelofen behandelt. Das erhaltene schwarz-braune Material wurde dann in einer Kugelmühle (400 Umdrehungen/Minute, Siliziumnitrid-Mahlbecher, 6 Kugeln/3g Material) zu einem Pulver verarbeitet. Die Karbonisierung erfolgte in einem Röhrenofen im Stickstoffstrom, wobei mit 5°C/Minute auf 1100°C geheizt und diese Temperatur für 4 Stunden gehalten wurde. Das unporöse Material wurde anschließend in einem Röhrenofen unter Inertgasstrom mit 5°C/Minute auf 850°C erwärmt, wonach bei gleicher Temperatur der Inertgasstrom für eine Stunde mit Wasserdampf gesättigt wurde. Abschließend wurde die Probe auf Raumtemperatur abgekühlt und bei 50°C im Vakuum getrocknet. Die Koordination von Pt innerhalb des stickstoffhaltigen Kohlenstoffmaterials erfolgt entsprechend der Beschreibung in Beispiel 1.
- Beispiel 3
- Stickstoffhaltiges Kohlenstoffmaterial wurde entsprechend der in Beispiel 2 beschriebenen Methode hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass die Polymerisierung zum Polyacrylonitril in einer formgebenden Behältnisses durchgeführt und auf eine Behandlung in der Kugelmühle verzichtet wurde.
- Beispiel 4
- Stickstoffhaltiges Kohlenstoffmaterial wurde entsprechend der in Beispiel 2 beschriebenen Methode hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass ein Polyacrylnitrilgranulat vor dem Karbonisierungsschritt mit einer Pelletierpresse zu Tabletten gepresst wurde und auf eine Behandlung in der Kugelmühle verzichtet wurde.
- Beispiel 5
- Stickstoffhaltiges Kohlenstoffmaterial wurde entsprechend der in Beispiel 2 beschriebenen Methode hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass der Karbonisierungsschritt bei 650°C anstatt bei 1100°C durchgeführt wurde.
- Beispiel 6
- Stickstoffhaltiges Kohlenstoffmaterial wurde entsprechend der in Beispiel 2 beschriebenen Methode hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass der Karbonisierungsschritt bei 850°C anstatt bei 1100°C durchgeführt.
- Anwendungsbespiele
- Katalysetests wurden in einem Batch-Versuchsaufbau mit ähnlichen Reaktionsbedingungen wie von Periana und seinen Mitarbeitern durchgeführt. Der Druckverlust, als Zeichen der Umsetzung von Methan zu Methylbisulfat, wurde mittels Drucksensoren aufgezeichnet.
- Beispiel 7
- Für die Tieftemperatur-Direktoxidation von Methan wurden 60 mg des Platinmodifizierten stickstoffhaltigen Kohlenstoffmaterials zusammen mit 15 mL Oleum (20 Gew.% SO3) in einen 30 mL Hastelloy-Autoklaven mit Glaseinsatz gegeben. Dieser wurde dann mit Argon gespült, verschlossen und mit 45 bar Methan beaufschlagt. Der Autoklav wurde anschließend bei intensiven Rühren der enthaltenen Reaktionsmischung (1000 Umdrehungen/Minute) auf 215°C erwärmt, 2,5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten und abschließend mit Hilfe eines Wasserbads auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Gasphase im Autoklaven wurde mittels FTIR Spektroskopie analysiert. Der feste Katalysator wurde mittels Filtration von der Reaktionslösung abgetrennt, welche anschließend mit 2 Volumenanteilen deionisiertem Wasser unter Kühlung vermischt, für 3 Stunden auf 90°C unter Rühren hydrolysiert und abschliessend auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Der Methanolanteil der hydrolysierten Reaktionslösung wurde mittels HPLC bestimmt.
- Beispiel 8
- Für die Tieftemperatur-Direktoxidation von Methan wurden 40 mg des Platinmodifizierten stickstoffhaltigen Kohlenstoffmaterials zusammen mit 15 mL Oleum (20 Gew.% SO3) in einen 30 mL Hastelloy-Autoklaven mit Glaseinsatz gegeben und unter Argon Atmosphäre verschlossen. Der Reaktor wurde anschließend unter Rühren (1000 Umdrehungen/Minute) auf 215°C erwärmt und dann mit 70 bar auf 215°C vorgeheiztes Methan beaufschlagt. Nach 30 Minuten wurde der Reaktor in einem Wasserbad gequencht. Die Gasphase im Autoklaven wurde mittels FTIR Spektroskopie analysiert. Der feste Katalysator wurde mittels Filtration von der Reaktionslösung abgetrennt, welche anschließend mit 2 Volumenanteilen deionisiertem Wasser unter Kühlung vermischt, für 3 Stunden auf 90°C unter Rühren hydrolysiert und abschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Der Methanolanteil der hydrolysierten Reaktionslösung wurde mittels HPLC bestimmt.
- Wie die Auswertung des Beispiels 8 ergab, konnte die turnover frequency aus dem Druckverlust zwischen 69–67,5 bar oder aus der produzierten Menge Methanol innerhalb einer halben Stunden berechnet werden.
- Der Vergleich der Druckkurven zeigt einen klaren Aktivitätsunterschied zwischen den Katalysatoren. (
2 ). Aus dem Druckverlust entsprechend ermittelte Reaktionsraten bestätigen diese Beobachtung und zeigen, dass die erfindungsgemäßen Materialien Pt@PAN-C-1100-WA oder Pt@PAN-C-1100 im Vergleich zu Materailien aus dem Stand der Technik wie Pt@CTF, Pt@ExLOB-900 oder Pt(2,2’-Bipyrimidin)Cl2 (Pt(bpym)Cl2) erheblich höhere turnover frequencies (TOF) erreichen. Tabelle 1 gibt dazu die berechneten Reaktionsraten, basierend auf den Druckverläufen ausMaterial Beladung Gew.% Reaktionsrate g/(h·g(Pt)) Pt@CTF 5,41 28,6 Pt@ExLOB-900 5,55 340,6 Pt@PAN-C-1100 4,66 595,4 Pt@PAN-C-1100-WA 4,43 1371,6 Pt(2,2’-Bipyrimidin)Cl2 45,99 149,7 - Tabelle 2 gibt dazu die berechneten Umsätze, Ausbeuten und Selektivitäten, basierend auf Partialdruck Methan bei Reaktionsstart und -ende sowie Methanolmenge nach dem Hydrolyseschritt auf den Versuchen aus
Material Umsatz % Ausbeute an Methanol nach Hydrolyse % Selektivität zu Methanol nach Hydrolyse % Pt@CTF 7,0 6,0 85,4 Pt@ExLOB-900 33,8 31,7 94,0 Pt@PAN-C-1100 36,2 34,6 95,9 Pt@PAN-C-1100-WA 50,2 48,5 96,7 Pt(2,2’-Bipyrimidin)Cl2 17,9 17,2 96,3 - Die Ergebnisse belegen, dass die katalytische Aktivität der erfindungsgemäßen Materialien signifikant höher ist als die der bekannten Pt@ExLOB-900, Pt@CTF oder Pt(2,2’-Bipyrimidin)Cl2, was darauf schließen lässt, dass der Kohlenstoffträger einen großen Einfluss auf die katalytische Aktivität hat.
- Erstaunlicherweise erlauben die erfindungsgemäßen Materialen eine selektive Methan-Direktoxidation bereits bei niedriger Temperatur im Temperaturbereich von 150° bis 250°C gegenüber unselektiven Materialien (z.B. Metalloxide) im Temperaturbereich > 300°C aus dem Stand der Technik.
- Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die erfindungsgemäße thermale Karbonisierung von stickstoffhaltigen Kohlenstoffpolymeren erhaltenen Kohlenstoffnetzwerken, gefolgt von einer Metallkoordinierung wie einer Platinkoordinierung zu neuartigen, höchst aktiven festen Katalysatoren, unter anderem für die Direktmethanoxidation im Periana-System führt. Die katalytische Aktivität dieser Materialien ist höher als die des homogenen Referenzkatalysators und signifikant besser als die der zuvor entwickelten festen Katalysatoren.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- R. A. Periana, D. J. Taube, S. Gamble, H. Taube, T. Satoh and H. Fujii, Science, 1998, 280, 560–564 [0005]
- Green, Vol. 2 (2012), pp. 25–40 [0007]
- Lu et al. (Chem. Mater., Vol. 16, No. 1, 2004) [0025]
- Lu et al. (Chem. Mater., Vol. 16, No. 1, 2004) [0027]
Claims (6)
- Karbonisiertes stickstoffhaltiges Kohlenstoffmaterial mit einem Gehalt an katalytisch aktiven Metall, ausgewählt aus Metallen der Nebengruppen I–VII, besonders aus der Nebengruppe I, II und VIII und ganz besonders aus der Nebengruppe VIII des PSE, oder Mischungen davon in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Menge an eingesetztem karbonisiertem stickstoffhaltigem Kohlenstoffmaterial, das durch Karbonisieren von C-N-haltigem Polymer ausgewählt aus Polyacrylnitril, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisaten, Polyamiden, Polybenzimidazol, Polypyrrol, Polyaminen, Polyimiden, Polyurethanen, die auch mit C1- bis C12-Alkylgruppen substituiert sein können, oder Mischungen davon erhältlich ist.
- Karbonisiertes stickstoffhaltiges Kohlenstoffmaterial nach Anspruch 1, erhältlich über ein Verfahren zur thermischen Karbonisierung eines stickstoffhaltigen Kohlenwasserstoffpolymers, gefolgt von der Beladung des so erhaltenen Kohlenstoffmaterials mit dem katalytisch aktiven Metall.
- Verfahren zur Herstellung des katalytisch aktiven stickstoffhaltigen Kohlenstoffmaterials nach Anspruch 1 oder 2, das die folgenden Schritte umfasst: • Thermische Karbonisierung eines stickstoffhaltigen Kohlenwasserstoffpolymers, ausgewählt aus Polyacrylnitril, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisaten, Polyamiden, Polybenzimidazol, Polypyrrol, Polyaminen, Polyurethanen, die auch mit C1- bis C12-Alkylgruppen substituiert sein können, und Mischungen davon, • Beladung des so erhaltenen stickstoffhaltigen Kohlenstoffgerüsts mit einer Verbindung des katalytisch aktiven Metalls unter Koordinierung des aktiven Metalls innerhalb des karbonisierten stickstoffhaltigen Kohlenstoffmaterials.
- Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die thermische Karbonisierung unter einer für das eingesetzte stickstoffhaltige Kohlenwasserstoffpolymer inerten Atmosphäre oder unter Vakuum in einem Temperaturbereich von 500° bis 1200°C durchgeführt wird.
- Verwendung des katalytisch aktiven karbonisierten stickstoffhaltigen Kohlenstoffmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 2 als Katalysator, in Oxidations-, Hydrierungs-, Hydroaminierungs-, Isomerisierungs-, Umlagerungs- und Hydroformylierungsverfahren, insbesondere in Verfahren zur C-H-Bindungsaktivierung.
- Verwendung nach Anspruch 5, bei dem das Verfahren zur C-H-Bindungsaktivierung ein Verfahren zur direkten Oxidation von Methan im Periana-System ist.
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