Metallkatalysator

Metallkatalysator ist ein Katalysator, der ein Metallzentrum enthält und die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen erhöht, ohne dabei verbraucht zu werden. Metallkatalysatoren können als heterogene Katalysatoren auftreten, bei denen das Metall als festes Material vorliegt, oder als homogene Katalysatoren, bei denen das Metall Teil eines löslichen Komplexes ist. Häufige Metalle sind Platinmetalle (Pt, Pd, Rh, Ru, Ir), Eisen, Nickel, Kupfer und Kobalt; auch organometallische Komplexe mit Liganden dienen als Metallkatalysatoren.

Funktionsprinzip: Bei heterogenen Katalysatoren erfolgt die Reaktion in der Regel durch Adsorption der Reaktanten an der Metalloberfläche, Aktivierung der Bindungen und Abgabe der Produkte. Homogene Metallkatalysatoren arbeiten über koordinative Bindungen zwischen Substraten und dem Metallzentrum. Zentrale Konzepte sind die Aktivierung von Reaktanten, die Geometrie der aktiven Zentren und, bei homogenen Systemen, die Ligandenbindung, die Reaktivität beeinflusst. Typische Beispiele sind die Hydrierung mit Platin- oder Palladiumkatalysatoren, die Hydroformylierung mit Rhodium sowie Kreuzkupplungen mit Palladium. Industriell bedeutsame Prozesse wie die Haber-Bosch-Synthese nutzen Eisenkatalysatoren, und das Fischer-Tropsch-Verfahren setzt Katalysatoren aus Eisen oder Kobalt ein.

Vorteile von Metallkatalysatoren sind hohe Aktivität, Selektivität und Energieeffizienz, während Herausforderungen Kosten, Verfügbarkeit, Toxizität, Deaktivierung durch Poisoning (z. B. Schwefelverbindungen) und Leaching bleiben. Forschung zielt auf verbesserte Stabilität, feinere Abstimmung der Reaktivität, Nanostrukturierung, Bimetall- und Einzelatomkatalyse sowie Recycling.