La conception de solides à la fois stables en conditions hydrothermales, mais aussi capables de convertir des composés biosourcés en molécules plateformes dans un même lit catalytique, représente un défi majeur en science des matériaux.Dans ce contexte, des oxydes mixtes binaires et ternaires de silice dopée avec les éléments W, Ti, Zr, Nb, Ta et Mg (3 à 20%at.) ont été élaborés via la méthode non conventionnelle de synthèse Sol-Gel Non Hydrolytique (SGNH). Cette méthode permet d’obtenir des oxydes mixtes très homogènes et de moduler finement leurs propriétés via les paramètres de synthèse.Les solides sont majoritairement amorphes et mésoporeux. Les analyses en MET-EDS, FTIR et ToF-SIMS indiquent que les éléments dopants sont bien dispersés dans la silice et que les oxydes mixtes présentent majoritairement une homogénéité allant jusqu’à l’échelle nanométrique voire atomique.Les molécules sondes NH3 et CO révèlent la présence des sites acides de forces faible et moyenne, majoritairement de type Lewis pour l’ensemble des matériaux. La densité de sites acides peut être promue via : l’amélioration du degré d’homogénéité entre les oxydes, l’élaboration d’oxydes mixtes ternaires et l’augmentation de la teneur en éléments dopants.La caractérisation des solides par la réaction modèle de conversion du mélange cyclopentanol/cyclohexanone en phase gaz montre que la majorité des matériaux catalysent à la fois des réactions de déshydratation et de transfert d’hydrogène (réduction MPVO).Après traitement hydrothermal en phase gaz à 400°C, les solides conservent de bonnes textures, en particulier les oxydes mixtes ternaires et dopés à haute teneur.Cette étude montre la versatilité de la méthode de synthèse SGNH et son potentiel pour mettre au point des oxydes mixtes binaires et ternaires très homogènes. Les oxydes mixtes ternaires, contenant 20% d’éléments dopants et contenant du Nb, du Zr ou du Ta sont particulièrement prometteurs pour les applications visées. / The design of new heterogeneous catalysts with good hydrothermal stability that are able to transform bio-based components into building blocks in one single catalytic process is a main challenge in material science.In this context, binary and ternary mixed oxides of silica doped with W, Ti, Zr, Nb, Ta et Mg (3 to 20%at.) have been produced with the non-conventional Non-Hydrolytic Sol-Gel (NHSG) synthesis method. This method enables to obtain highly homogeneous mixed oxides and to finely shape the properties of the material with the synthesis parameters.The solids are mostly amorphous and mesoporous. TEM-EDS, FTIR and ToF-SIMS analysis indicate that the doping elements are highly dispersed in the silica and that most of the mixed oxides display nanometric or atomic scale homogeneity.The NH3 and CO bases show the presence of mostly Lewis weak and medium strength acid sites for these materials. The acid sites density can be improved through: increasing mixed oxide homogeneity, preparing ternary mixed oxides, increasing doping element content.The conversion of the mixture cyclopentanol/cyclohexanone in the gas phase shows that the majority of the materials perform both dehydration and hydrogen transfer reactions (MPVO reduction).After steaming at 400°C, the solids maintain good textures, particularly ternary mixed oxides and mixed oxides containing high dopant content.This study shows the versatility of the NHSG synthesis method and its applicability in order to design binary and ternary mixed oxides. The ternary mixed oxides containing 20%at. of doping elements with Nb, Zr and Ta are promising for the conversion of bio-based compounds.

Plusieurs ligands dérivés de la D-glucosamine, conçus pour différentes réactions catalytiques,ont été synthétisés. Les ligands pour la catalyse homogène basés sur 1,2-glucodiamine ontété préparés, et utilisés dans des réactions d'alkylation allylique, d'hydrogénation et d'additionde Michael.La D-glucosamine a utilisee pour la preparation de catalysateur type de SPAC (SupportedAqueous Phase Catalyst). Ce catalysateur hétérogène été utilisé avec de très bons résultatsdans les réactions de couplage croisé de Suzuki Miyaura. Le catalyseur a également étérecyclé. Des essais de préparation de ligands greffés sur une matrice de silice de type SBA-15ont été réalisés ainsi que des ligands à base de poly (éthylène) glycol. / Several ligands derived from D-glucosamine, designed for different catalytic reactions havebeen synthesized. The ligands for homogeneous catalysis based on 1,2-glucodiamine wereprepared, and used in reactions of allylic alkylation, hydrogenation and Michael addition.Supported Aqueous Phase Catalyst (SAPC) system was prepared from D-glucosamine anduse with very good results in Suzuki Miyaura cross coupling reactions. Catalyst was alsorecycled. Attempt to prepare ligands grafted on SBA-silica matrix were made as well asligands containing poly(ethylene) glycol moiety.

Les matériaux « coeur-coquille » composés d’une nanoparticule métallique encapsulée à l'intérieur de coquilles inorganiques (oxydes, carbone …) attirent de plus en plus l'attention par leurs propriétés particulières, en particulier dans le domaine de la catalyse. Les particules métalliques sont protégées par la coquille, qui empêche entre autres le frittage et la croissance des particules à haute température. Cependant, les coquilles sont généralement méso à macroporeuses et elles ne peuvent pas jouer le rôle de tamis moléculaire pour les molécules de taille nanométrique. En revanche, les zéolithes sont des solides cristallins microporeux dont les pores bien définis permettent une forte discrimination des réactifs basée sur la taille, la forme ou leur coefficient de diffusion. L’objectif de cette thèse visait à la synthèse de catalyseurs de type coeur-coquille dans lesquels la coquille est une zéolite microporeuse de structure MFI (silicalite-1 et ZSM-5), le coeur étant soit une particule de métal noble (Au, Ag, Pt, Pd), soit des alliages de ces différents métaux, soit enfin un métal de transition (Co, Ni, Cu). Ces catalyseurs ont été appliqués dans des réactions d'hydrogénation sélective (aromatiques substitués) et l'oxydation sélective de CO en présence d'hydrocarbures. Nous avons ainsi montré que la coquille zéolithique, tout en protégeant les particules du frittage, modifie la sélectivité des réactions en interdisant aux réactifs volumineux d’atteindre les sites catalytiques / Nanostructured yolk-shell materials, which consist of metal nanoparticle cores encapsulated inside hollow shells, attract more and more attention in material science and catalyst applications during the last two decades. Metal particles are usually highly mono-dispersed in size and isolated from each other by the shell, which prevents growth by sintering at high temperature. Because they are generally made of meso/macroporous oxides or amorphous carbon, shells cannot carry out molecular sieve-type separation of molecules at the nanometric scale. The aim of the present thesis was to synthesize yolk-shell catalyst with microporous zeolite shells (silicalite-1 and ZSM-5), containing noble (Au, Pt, Pd) transition (Co, Ni, Cu) and alloy metal nanoparticles. Zeolites are crystalline microporous solids with well-defined pores capable of discriminating nanometric reactants on the basis of size, shape and diffusion rate. Zeolite-based yolk-shell catalysts have been applied in selective hydrogenation (toluene and mesitylene) and oxidation (CO) reactions in the presence of hydrocarbons. Zeolite shells not only plaid a key role as membranes, thus changing selectivities as compared to conventional supported catalysts, but they also protected metal nanoparticles from sintering under reaction conditions

Cette étude est dédiée au développement d’une anode pour une pile à combustible SOFC monochambre. Ce dispositif ne présente pas de séparation physique entre les compartiments anodique et cathodique, contrairement à une pile conventionnelle. Un mélange contenant de l’oxygène et un hydrocarbure est directement injecté sur l’ensemble du dispositif comprenant électrolyte, anode et cathode. La cathode doit être sélective à la réduction de l’oxygène et l’anode à l’oxydation de l’hydrocarbure. Ce dispositif permet donc de s’affranchir des problèmes d’étanchéité des dispositifs conventionnels mais les matériaux d’électrode doivent répondre à des critères catalytiques restrictifs. L’étude a été réalisée avec une anode de type cermet composée de nickel et d’oxyde de cérium gadolinié (CGO). L’hydrocarbure choisi est le propane. L’objectif du travail est de comprendre les phénomènes physico-chimiques se produisant à l’anode afin d’optimiser les conditions de fonctionnement de la pile monochambre, sous mélange O2 / C3H8. Pour cela, les propriétés catalytiques des poudres de nickel et de CGO ont été déterminées en fonction de la température et du rapport O2 / C3H8. Après avoir optimisé les paramètres de préparation des anodes par sérigraphie sur électrolyte support (CGO), des mesures de conductivité électrique par méthode Van der Pauw ont été réalisées également sous différents mélanges O2 / C3H8 en fonction de la température. La confrontation des résultats (propriétés catalytiques et électriques) a permis de mettre en évidence l’existence d’une température limite de fonctionnement, qui dépend du rapport O2 / C3H8. En-dessous de cette température limite, le nickel s’oxyde et l’anode catalyse principalement l’oxydation totale du propane. Au-dessus de cette température limite, le nickel reste sous la forme métallique et catalyse préférentiellement l’oxydation partielle du propane. Ces résultats sont également corroborés à des calculs thermodynamiques, qui mettent en évidence que la réaction préférentielle à basse température est l’oxydation du nickel. Des phénomènes d’oscillations de la conductivité électrique et de la température ont permis de proposer un mécanisme réactionnel basé sur le dépôt et l’oxydation de carbone. Enfin, des dispositifs complets monochambre ont été élaborés en utilisant une cathode BSCF (Ba0,5Sr0.5Co0,8Fe0,2O3) et testés. / This work is devoted to the development of a single chamber SOFC. Unlike a conventional SOFC, this type of fuel cell has no physical separation between the anodic and cathodic compartments. An oxygen and hydrocarbon mixture is injected directly on the overall fuel cell, including the electrolyte, the anode and the cathode. The cathode must have a high selectivity to the oxygen reduction, and the anode to the hydrocarbon oxidation. This device allows to avoid the conventional devices sealing problems, but the electrodes materials must fit with restrictive catalytic criterions. The study has been conducted with a cermet anode type, composed of nickel and gadolinia doped ceria (CGO). The selected hydrocarbon was the propane. The goal of this work is to understand physico-chemical processes taking place at the anode in order to optimize the operating conditions of the fuel cell, in an O2 / C3H8 mixture. The catalytic properties of nickel and CGO powders were determined as a function of temperature and O2 / C3H8 ratio. After optimization of the anode screen-printing conditions preparation on a CGO support, electrical measurements were done using the Van der Pauw method under different O2 / C3H8 mixtures as a function of temperature. The results of catalytic and electrical measurements show a limiting operating temperature, which depends on the O2 / C3H8 ratio. Below this limiting temperature, the nickel is oxidized and principally catalyses the total oxidation of the propane. Above this limiting temperature, nickel remains into its metallic state and preferentially catalyses the partial oxidation of the propane. These results are also corroborated to thermodynamics calculations, which show that at low temperature, the oxidation of nickel is the most favourable reaction. Some oscillations of the conductivity have been observed. Oscillations of electrical conductivity and temperature allowed proposing a reaction mechanism based on carbon deposition and oxidation. Finally, complete single chamber devices have been elaborated using a BSCF (Ba0,5Sr0.5Co0,8Fe0,2O3) cathode and tested.

<p>Various organic reactions, including important synthetic reactions involving C–C, C–N, and C–O bond formation as well as reactions of biomolecules, are known to be accelerated when the reagents are present in confined volumes such as sprayed or levitated microdroplets or thin films. This phenomenon of reaction acceleration and the key role of interfaces played in it are of intrinsic interest and potentially of practical value as a simple, rapid method of performing small-scale synthesis. This dissertation has three focusing subtopics in the field of reaction acceleration: (1) application of reaction acceleration in levitated droplets and mass spectrometry to accelerate the reaction-analysis workflow of forced degradation of pharmaceuticals at small scale; (2) fundamental understanding of mechanisms of accelerated reactions at air/solution interfaces; (3) discovery the use of glass particles as a `green' heterogeneous catalysts in solutions and systematical study of solid(glass)/solution interfacial reaction acceleration as a superbase for synthesis and degradation using high-throughput screening.</p><p><br></p><p>Reaction acceleration in confined volumes could enhance analytical methods in industrial chemistry. Forced degradation is critical to probe the stabilities and chemical reactivities of therapeutics. Typically performed in bulk followed by LC-MS analysis, this traditional workflow of reaction/analysis sequence usually requires several days to form and measure desirable amount of degradants. I developed a new method to study chemical degradation in a shorter time frame in order to speed up both drug discovery and the drug development process. Using the Leidenfrost effect, I was able to study, over the course of seconds, degradation in levitated microdroplets over a metal dice. This two-minute reaction/analysis workflow allows major degradation pathways of both small molecules and therapeutic peptides to be studied. The reactions studied include deamidation, disulfide bond cleavage, ether cleavage, dehydration, hydrolysis, and oxidation. The method uses microdroplets as nano-reactors and only require a minimal amount of therapeutics per stress condition and the desirable amount of degradant can be readily generated in seconds by adjusting the droplet levitation time, which is highly advantageous both in the discovery and development phase. Built on my research, microdroplets can potentially be applied in therapeutics discovery and development to rapidly screen stability of therapeutics and to screen the effects of excipients in enhancing formulation stabilities.</p><p><br></p><p>My research also advanced the fundamental understanding of reaction acceleration by disentangles the factors controlling reaction rates in microdroplet reactions using constant-volume levitated droplets and Katritzky transamination as a model. The large surface-to-volume ratios of these systems results in a major contribution from reactions at the air/solution interface where reaction rates are increased. Systems with higher surface-active reactants are subject to greater acceleration, particularly at lower concentrations and higher surface-to-volume ratios. These results highlight the key role that air/solution air/solution interfaces play in Katritzky reaction acceleration. They are also consistent with the view that reaction increased rate constant is at least in part due to limited solvation of reagents at the interface.</p><p><br></p><p><br></p><p>While reaction acceleration at air/solution interfaces has been well known in microdroplets, reaction acceleration at solid/solution interfaces appears to be a new phenomenon. The Katritzky reaction in bulk solution at room temperature is accelerated significantly by the surface of a glass container compared to a plastic container. Remarkably, the reaction rate is increased by more than two orders of magnitude upon the addition of glass particles with the rate increasing linearly with increasing amounts of glass. A similar phenomenon is observed when glass particles are added to levitated droplets, where large acceleration factors are seen. Evidence shows that glass acts as a ‘green’ heterogeneous catalyst: it participates as a base in the deprotonation step and is recovered unchanged from the reaction mixture. </p><p><br></p><p>Subsequent to this study, we have systematically explored the solid/solution interfacial acceleration phenomena using our latest generation of a high-throughput screening system which is capable of screening thousands of organic reactions in a single day. Using desorption electrospray ionization mass spectrometry (DESI-MS) for automated analysis, we have found that glass promotes not only organic reactions without organic catalysts but also reactions of biomolecules without enzymes. Such reactions include Knoevenagel condensation, imine formation, elimination of hydrogen halide, ester hydrolysis and/or transesterification of acetylcholine and phospholipids, as well as oxidation of glutathione. Glass has been used as a general `green' and powerful heterogeneous catalyst.</p>

Ce travail de thèse s’articule autour de la synthèse totale des alcaloïdes de la famille Rhazinilam, potentiels agents anticancéreux. Dans ce contexte, deux méthodologies clés ont été développées. Premièrement, une réaction de cyclisation-migration de groupements sulfonyles catalysée à l'or (I) conduisant à des sulfonates de pyrroles a été optimisée et le champ d'application a été largement étendu. En tirant profit de la carbophilie des catalyseurs d’or (I), une réaction en cascade comprenant une séquence de cyclisation-migration-hydrocarbonation a été mise en place, permettant la synthèse d’indolizines ou de pyrroloazépines dans un procédé en un seul pot. Deuxièmement, des conditions réactionnelles sans précèdent par catalyse au palladium ont été développées pour le couplage de Suzuki-Miyaura impliquant des substrats de types sulfonates de pyrroles. Ces conditions ont été appliquées de façon efficace sur divers types de partenaires (aryle, hétéroaryle, vinyle sulfonates ou analogues halogénés) mais également utilisées dans différents types de couplages (Sonogashira, Buchwald). Ces méthodologies ont ensuite été appliquées à la synthèse totale du Rhazinilam et permis d’ouvrir la voie à la synthèse des Kopsiyunnanines et du Leuconolam. En parallèle, de nouveaux complexes associant des polyoxométallates et des carbènes d'or (I) ont été synthétisés, caractérisés et utilisés en catalyse hétérogène. / This PhD work was articulated around the total synthesis of the Rhazinilam family alkaloids, potential anticancer agents. In this context, two key methodologies have been developed. Firstly, a gold(I)-catalyzed cyclization-sulfonyl migration reaction leading to pyrrole sulfonates has been optimized and the scope was largely extended. By taking advantage of the carbophilicity of gold(I) catalysts, a cascade reaction including a sequence of cyclization-migration-hydrocarbonation has been implemented, allowing the synthesis of indolizidines or pyrroloazepines in a one pot process. Secondly, unprecedented reaction conditions were developed for palladium-catalyzed Suzuki−Miyaura cross-coupling using pyrrole sulfonates as substrates. These conditions have been applied efficiently on various types of partners (aryl, heteroaryl, vinyl sulfonates or halogenated analogues) but also used in different types of cross-coupling (Sonogashira, Buchwald). These methodologies were then applied to the total synthesis of Rhazinilam and to open the way to the synthesis of Kopsiyunnanines and Leuconolam natural products. In parallel, new complexes combining polyoxometalates and gold(I) carbenes have been synthesized, characterized and used in heterogeneous catalysis.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine neuartige Methode und die entsprechenden Katalysatoren für die heterogen katalysierte Gasphasen-Epoxidation von Propen entwickelt und optimiert. Das Propen wurde an FeOx/SiO2-Katalysatoren mit N2O als Oxidationsmittel epoxidiert. Die Katalysatoren wurden mittels XRD, TEM, XPS, Physi- und Chemisorption, TPR/TPO, TPD und IR untersucht und charakterisiert. Der Einfluß der Reaktionsbedingungen auf die Oxidationsergebnisse wurde bestimmt und Untersuchungen zum Reaktionsablauf durchgeführt. Es wurden Selektivitäten zu Propenoxid von 40-70%, bei Propenumsätzen von 3-12%, erreicht. Die maximalen erzielten PO-Ausbeuten betrugen über 5%, und sind damit den berichteten Ergebnisse aus der Literatur überlegen.

A modular approach for the synthesis of highly ordered porous and chiral auxiliary (Evans auxiliary) decorated metal–organic frameworks is developed. Our synthesis strategy, which uses known porous structures as model materials for incorporation of chirality via linker modification, can provide access to a wide range of porous materials suitable for enantioselective separation and catalysis. Chiral analogues of UMCM-1 have been synthesized and investigated for the enantioseparation of chiral compounds in the liquid phase and first promising results are reported. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Die Immobilisierung homogener Katalysatoren ist eine wichtige Methode zur Realisierung der Abtrennbarkeit und Wiederverwendbarkeit aktiver Spezies. Im Rahmen dieser Arbeit wurde durch die Komplexierung von Palladium mit 1,4-Bis-(4′-pyrazolyl)benzen ein neues mikroporöses Koordinationspolymer generiert und dieses als heterogener Katalysator in der Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplungsreaktion erfolgreich eingesetzt. Dabei konnten vollständige Umsätze und hohe Selektivitäten erzielt werden, die vergleichbar zu bereits kommerziell erhältlichen homogenen Katalysatoren sind. Die Besonderheit des Katalysators ist, neben dessen außergewöhnlich hohen chemischen Stabilität, die Variation seiner Struktureigenschaften durch die Wahl der Synthesebedingungen und die damit verbundene Steuerung seiner katalytischen Aktivität.:1 EINLEITUNG 1 2 KENNTNISSTAND 5 2.1 Immobilisierung von Palladium 5 2.1.1 Organische Trägermaterialien 6 2.1.1.1 Polyanilin 6 2.1.1.2 Polymerverankerte Phosphanliganden 8 2.1.1.3 Imprägnierung komplexfunktionalisierter Polymere 10 2.1.2 Anorganische Trägermaterialien 11 2.1.2.1 Aktivkohle 11 2.1.2.2 Metalloxide 13 2.1.3 Hybridmaterialien 14 2.1.3.1 Infinite Coordination Polymers 14 2.1.3.2 Metal-Organic Frameworks 17 2.2 Die Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplungsreaktion 24 2.2.1 Allgemeine mechanistische Vorstellungen zur Reaktion 27 2.2.2 Die PdII/PdIV-Katalyse – Ein umstrittener Mechanismus 29 3 AUFGABENSTELLUNG UND LÖSUNGSSTRATEGIE 33 4 ERGEBNISSE UND DISKUSSION 38 4.1 Charakterisierung des Koordinationspolymers [Pd(BPB)]n 38 4.1.1 Bis(triphenylphosphan)palladium(II)dichlorid als Palladiumprecursor 38 4.1.1.1 Synthese und Charakterisierung 38 4.1.1.2 Porosität 49 4.1.1.3 Oxidationsstufe des Palladium 57 4.1.1.4 Strukturdiskussion 64 4.1.2 Mechanistische Untersuchungen zur Bildung von [Pd(BPB)]n 74 4.1.2.1 Verfolgung des Reaktionsablaufes mittels Kernresonanzspektroskopie 74 4.1.2.2 Vorschläge zum Reaktionsmechanismus 81 4.1.3 Alternative Palladiumprecursoren für [Pd(BPB)]n 88 4.1.3.1 Bis(triphenylphosphan)palladium(II)dibromid 88 4.1.3.2 Natriumtetrachloropalladat 90 4.1.3.3 Weitere Palladiumprecursoren 93 4.1.4 Alternative Synthesetechniken für [Pd(BPB)]n 94 4.1.4.1 Solvothermale Synthese 94 4.1.4.2 Basendiffusionsmethode 95 4.2 Heterogen katalysierte Suzuki-Miyaura-Reaktion mit [Pd(BPB)]n 97 4.2.1 Verifizierung des Versuchsablaufes mittels Vergleichskatalysatoren 97 4.2.2 Die katalytische Aktivität von [Pd(BPB)]n in der Suzuki-Reaktion 100 4.2.3 Katalysatorstabilität und Wiederverwendbarkeit von [Pd(BPB)]n 104 4.2.4 Einfluss der Reaktionstemperatur 110 4.2.5 Einfluss des phosphanhaltigen Palladiumprecursors 114 5 ZUSAMMENFASSUNG 116 A EXPERIMENTELLER TEIL 120 A.1 Synthese und Charakterisierung von [Pd(BPB)]n 120 A.1.1 Arbeitstechniken und verwendete Chemikalien 120 A.1.2 Synthesevorschriften für [Pd(BPB)]n 122 A.1.2.1 Darstellung von 1,4-Bis-(4′-pyrazolyl)benzen (H2BPB) 122 A.1.2.2 Fällungssynthese von [Pd(BPB)]n 122 A.1.2.3 Solvothermale Synthese von [Pd(BPB)]n 123 A.1.2.4 Diffusionskontrollierte Synthese von [Pd(BPB)]n 124 A.1.2.5 Synthese aus Natriumtetrachloropalladat 124 A.1.2.6 Synthese aus Palladiumacetat 124 A.1.2.7 Synthese aus PdBr2(PPh3)2 125 A.1.3 Charakterisierung von [Pd(BPB)]n 125 A.2 Durchführung der Suzuki-Miyaura-Reaktion 127 A.2.1 Umsetzung von 4-Bromacetophenon mit Phenylboronsäure 127 A.2.2 Katalysatorstabilität und Wiederverwendbarkeit 128 A.2.3 Analyse und Identifizierung der Reaktionsprodukte 129 B ANHANG 134 B.1 Charakterisierung von [Pd(BPB)]n 134 B.2 Mechanistische Untersuchungen zur Bildung von [Pd(BPB)]n 140 B.3 Katalytische Aktivität von [Pd(BPB)]n 141 B.4 Tabellenverzeichnis 143 B.5 Abbildungsverzeichnis 145 B.6 Symbole und Abkürzungen 150 B.7 Literaturverzeichnis 154

In der vorliegenden Arbeit werden Al2O3-geträgerte Eisenoxid-Katalysatoren auf ihre Eignung in der Nachbehandlung von Dieselabgasen getestet. Hierbei werden die Oxidationsreaktionen von Kohlenmonoxid, Propen, Stickstoffmonoxid sowie Ammoniak getestet. Weiterhin wird die Katalysatoraktivität bei der Stickoxidminderung nach dem SCR-Verfahren untersucht. Basierend auf einer detaillierten Charakterisierung wird eine Struktur-Aktivitäts-Korrelation entwickelt, auf deren Basis ein Verständnis für die Art der aktiven Zentren solcher Katalysatoren generiert wird. Zudem wird ein Modell entwickelt, mit Hilfe dessen die spezifische Aktivität der verschiedenen Typen an aktiven Zentren bewertet werden kann. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit auf die Stickoxidminderung nach dem SCR-Verfahren fokussiert, was die Untersuchungen des Reaktionsmechanismus sowie die Struktur-Aktivitäts-Korrelation an hydrothermal gealterten Katalysatoren beinhaltet.:Inhalt 1. Einleitung 2. Aufgabenstellung 3. Grundlagen 3.1 Schadstoffbildung bei der Verbrennung fossiler Energieträger 3.2 Verfahren zur Schadstoffminderung bei Kraftfahrzeugen 3.3 Aktueller Stand der Entwicklung edelmetallfreier Katalysatoren für die dieselmotorische Abgasnachbehandlung 4. Verwendete Analysemethoden und Aufbau der Laborapparaturen 4.1 Untersuchungen zur Struktur der Katalysatoren 4.1.1 Stickstoff-Physisorption 4.1.2 Temperaturprogrammierte Experimente 4.1.3 Röntgendiffraktometrie 4.1.4 DRUV/VIS-Spektroskopie 4.1.5 Diffuse Reflexions-Infrarot-Fourier-Transformations-Spektroskopie 4.1.6 Transmissionselektronenmikroskopie 4.1.7 Mößbauer-Spektroskopie 4.1.8 Raman-Spektroskopie 4.2 Untersuchungen zur Analyse von Gasen 4.2.1 Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR) 4.2.2 Massenspektrometrie 4.3 Aufbau der Laborapparaturen 4.3.1 Laborapparatur für Aktivitätsmessungen sowie für temperaturprogrammierte Experimente 4.3.2 Laborapparatur zur Durchführung von DRIFTS-Experimenten 5 Experimentelle Ergebnisse 5.1 Katalysatorpräparation 5.2 Charakterisierung der frischen Katalysatoren 5.3 Charakterisierung der hydrothermal gealterten Katalysatoren 5.4 Aktivitätsmessungen 5.4.1 Oxidation von Kohlenmonoxid 5.4.2 Oxidation von Propen 5.4.3 Oxidation von Stickstoffmonoxid 5.4.4 Oxidation von Ammoniak 5.5 Untersuchungen zur Standard-SCR-Reaktion 5.5.1 Aktivitätsuntersuchung an frischen Katalysatoren 5.5.2 Aktivitätsuntersuchung an hydrothermal gealterten Katalysatoren 5.5.3 Untersuchungen zum Mechanismus der SCR-Reaktion 6. Diskussion der Ergebnisse 6.1 Struktur-Aktivitäts-Beziehung der FexO/Al2O3-Katalysatoren 6.1.1 Struktur der Eisenoxidspezies 6.1.2 Quantifizierung der Eisenoxidspezies 6.1.3 Modell zur Berechnung der spezifischen Aktivität der Katalysatoren 6.1.4 Sensitivitätsanalyse des entwickelten Modells 6.1.5 Anwendung des Modells bei der Oxidation von CO, C3H6, NO und NH3 6.1.6 Struktur-Aktivitäts-Beziehung der FeOx/Al2O3-Katalysatoren bei der Oxidation von CO, C3H6, NO und NH3 6.2 Evaluation der SCR-Aktivität der FeOx/Al2O3-Katalysatoren 6.2.1 Untersuchungen an frischen Katalysatoren 6.2.2 Einfluss der hydrothermalen Alterung auf die Katalysatorstruktur und -aktivität bei der Standard-SCR-Reaktion 6.3 Mechanismus der Standard-SCR-Reaktion an FeOx/Al2O3-Katalysatoren 7. Ausblick 8. Literaturverzeichnis 9. Anhang