Die Aldehyde Formaldehyd, Acetaldehyd und Butyraldehyd sind ökonomisch wichtige Intermediate in der chemischen Industrie (Weltjahresproduktion ca. 43∙106 t/a). Diese werden als Teil der heutigen, erdölbasierten Wertschöpfungsketten in übergangsmetallkatalysierten Prozessen aus Methanol, Ethen und Propen hergestellt.  Eine nachhaltige Alternative zu diesen Prozessen stellt die metallfreie, kohlenstoffkatalysierte oxidative Dehydrierung von fermentativ gewonnen Alkoholen dar. In diesem Zusammenhang stand bislang vor allem die oxidative Dehydrierung von Ethylbenzol zu Styrol im wissenschaftlichen Fokus. Als Katalysatoren kamen dabei hauptsächlich Kohlenstoffnanomaterialien zum Einsatz. Diese weisen zwar hohe Aktivitäten und Selektivitäten auf, fanden jedoch aufgrund von intrinsischen Nachteilen wie etwa ungeklärten gesundheitlichen Risiken und unzureichend skalierbaren Synthesemethoden bislang keine industrielle Anwendung. Eine mögliche Alternative bieten mesoporöse, graphitische Kohlenstoffe, die über skalierbare Verfahren aus wohldefinierten Ausgangsmaterialien gewonnen werden können. Im Gegensatz zu den meisten herkömmlichen heterogenen Katalysatoren ist es bei der Synthese von polymer-abgeleiteten Kohlenstoffmaterialien möglich, bestimmte Schlüsseleigenschaften gezielt einzustellen. In diesem Zusammenhang ist vor allem die Manipulation der Textur (Spezifische Oberfläche, Porengrößenverteilung), der Kristallinität (Graphitanteil) und der Oberflächenfunktionalisierung von Interesse.

Im Rahmen dieses Promotionsprojektes soll eine Syntheseroute zur Herstellung von Modellkatalysatoren entwickelt werden, die es ermöglicht die genannten Schlüsseleigenschaften unabhängig voneinander einzustellen. Als Ausgangsstoff dienen dazu Phenolderivate, die in Anwesenheit eines Softtemplates (Kontrolle der spezifischen Oberfläche/Porengrößenverteilung) mit Formaldehyd polymerisiert werden. Die Phenol/Formaldehyd/Softtemplat-Konjugate werden anschließend zusammen mit einem Graphitisierungskatalysator pyrolysiert (Kontrolle der Kristallinität/Oxidationsbeständigkeit über die Pyrolysetemperatur bzw. den Graphitisierungskatalysator). Zuletzt wird über eine Säurebehandlung der Graphitisierungskatalysator entfernt, und die Oberflächenfunktionalisierung eingestellt.

Neben der Synthese von Modellkatalysatoren steht die Untersuchung des Katalysemechanismus im Fokus des Promotionsprojektes. Einfache Aktivitätstests können in Verbindung mit der flexiblen Katalysatorsynthese bereits zur Ableitung erster Struktur-Wirkungs-Beziehungen dienen. Weiterhin soll in-situ Infrarotspektroskopie zur Untersuchung der Rolle und Identifikation von sauerstoffhaltigen Oberflächengruppen im Katalysemechanismus der oxidativen Dehydrierung von Alkoholen eingesetzt werden. Die Sauerstoffaktivierung an den Modellkatalysatoren soll mit Hilfe von Isotopenaustauschexperimenten (16O/18O und H216O/H218O) untersucht werden.

Letztendlich sollen die Erkenntnisse aus den Untersuchungen zum Katalysemechanismus in Verbindung mit der flexiblen Materialsynthese genutzt werden, um ein wissensbasiertes Design von Kohlenstoffkatalysatoren für die oxidative Dehydrierung von Methanol, Ethanol und Butanol zu ermöglichen.