Metallkatalyse

Metallkatalyse bezeichnet die Beschleunigung chemischer Reaktionen durch Metallzentren, die als aktive Katalysatoren dienen. Sie umfasst homogène Katalyse, bei der metallische Komplexe in Lösung arbeiten, sowie heterogene Katalyse, bei der metallische Partikel auf Trägern als Reaktionsorte fungieren.

In der homogenen Metallkatalyse kommen Übergangsmetalle wie Palladium, Rhodium, Ruthenium oder Iridium oft mit speziellen Liganden zum Einsatz. Typische Anwendungen sind Cross‑Coupling-Reaktionen (z. B. Suzuki-, Heck- und Sonogashira-Kupplungen), Hydrierungen, Hydroformylierung und enantioselektive Synthesen.

In der heterogenen Metallkatalyse arbeiten metallische Oberflächen oder Partikel, häufig auf Trägern wie Aktivkohle, Al2O3 oder SiO2. Vorteile sind einfache Trennung und Recyclebarkeit, während Herausforderungen die Aktivierungszustände und gegebenenfalls Leaching von Metallen sind.

Wichtige industrielle Beispiele: Eisenkatalyse im Haber-Bosch-Verfahren zur Stickstofffixierung; Eisen oder Kobalt in der Fischer-Tropsch-Synthese; Hydrierungen mit Raney-Nickel oder Palladium auf Aktivkohle; Palladium-Katalyse in der organischen Synthese. Metallkatalyse spielt auch eine zentrale Rolle in der Polymerisation und bei der Verarbeitung von Feinchemikalien.

Herausforderungen und Perspektiven umfassen die Steigerung von Aktivität und Selektivität, die Entwicklung robuster Katalysatoren, Verringerung des Metallverbrauchs, Abscheidung und Recyling sowie die Förderung der Nachhaltigkeit durch bessere Atomökonomie.