Tuning the surface structure at the atomic level is of primary importance to simultaneously meet the electrocatalytic performance and stability criteria required for the development of low-temperature proton-exchange membrane fuel cells (PEMFCs). However, transposing the knowledge acquired on extended, model surfaces to practical nanomaterials remains highly challenging. Here, we propose the ‘Surface Distortion’ as a novel structural descriptor, which is able to reconciliate and unify seemingly opposing notions and contradictory experimental observations in regards to the electrocatalytic oxygen reduction reaction (ORR) reactivity. Beyond its unifying character, we show that surface distortion is pivotal to rationalise the electrocatalytic properties of state-of-art of PtNi/C nanocatalysts with distinct atomic composition, size, shape and degree of surface defectiveness under simulated PEMFC cathode environment. Our study brings fundamental and practical insights into the role of surface defects in electrocatalysis and thus highlights strategies to design more efficient and durable new generation of nanocatalysts

In der vorliegenden Arbeit werden mehrere Aspekte der Übergangsmetallkatalyse beleuchtet. Ein Teil der Arbeit beschäftigt sich mit geladenen Palladiumspezies. Während kationische Palladium-NHC-Komplexe in der Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung effiziente Katalysatoren darstellen, sind anionische 'ligandfreie' Palladium-Komplexe in der Mizoroki-Heck-Reaktion aktiver. Diese Unterschiede werden mit mechanistischen Untersuchungen und quantenchemischen Rechnungen nachvollzogen. Beide Systeme wurden anschließend weiterentwickelt. Die resultierenden dikationischen Palladium-NHC-Komplexe weisen ein vielfältiges Koordinationsverhalten in Lösung und im Festkörper auf und eignen sich zur Anwendung in der Hydroaminierung und Hydroarylierung von Alkinen. Das ligandfreie Anion wurde in neuartigen metallhaltigen 'tunable aryl alkyl ionic liquids' (TAAILs) eingesetzt, die in der oxidativen Heck-Reaktion und in der reduktiven Arylhalogenid-Dimerisierung katalytisch aktiv sind. Ein weiterer Teil der Arbeit beschäftigt sich mit Reaktionen in ionischen Flüssigkeiten und Wasser. Ein Polyethylenglykol-modifizierter Palladium-NHC-Komplex eignet sich zur Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung sterisch anspruchsvoller Boronsäuren und Chloraromaten in einem Wasser-Ethanol-Gemisch. Gelöste Metallsalze enthaltende TAAILs wurden als Reaktionsmedium in der Katalyse eingesetzt. Dazu zählen die Cobalt-katalysierte Hydroarylierung/ Hydroaminierung, die den Zugang zu potentiell pharmakologisch bedeutsamen aromatischen Aminen ermöglicht, aber auch die Platin-katalysierte Hydroamidierung und die Palladium- und Kupfer-katalysierte Dimerisierung von Styrol.

In der vorliegenden Arbeit wird die Darstellung einer Reihe monoarylsubstituierter Bisdimethylamino-1-bromo-2-arlydiborane(4) beschrieben. Sowohl die Umsetzung der monoarylsubstituierten Ligandenvorstufen mit einem weiteren Äquivalent Lithium- oder Natriumaryl in einem Ether/Toluol-Gemisch als auch die Umsetzung von 1,2-Dibrom-bis(dimethylamino)diboran(4) mit einem mehrfachen Überschuss Lithium- oder Natriumaryl führte zur Bildung von diarylsubstituierten Diboranen(4). Umsetzung der Ligandenvorstufen mit Lithiumorganylen, wie beispielsweise Li[CH3] oder Li[C4H9] führt zu doppelt deprotonierten Verbindungen. Werden die dilithiierten Verbindungen mit Metallhalogeniden der Gruppe 4 in einem Toluol/Ether-Gemisch umgesetzt, können [2]Borametallocenophane erhalten werden. Von einigen der Verbindungen konnte die Struktur im Festkörper mittels Einkristallstrukturanalyse bestimmt werden. Die Verbindungen zeigen in Lösung ein dynamisches Gleichgewicht, welches durch die Flexibilität der B-B-Brücke ermöglicht wird. Dieses konnte mittels NMR Spektroskopie untersucht werden. Auch die Reaktivität der Verbindungen wurde erforscht. Versuche zur oxidativen Addition von Platin(0) in die B-B-Bindung, wie sie bereits für ähnliche Systeme beschrieben waren, scheiterten. Ebenfalls nicht erfolgreich war der versuchte Austausch der Dimethylaminogruppen an den Bor-Atomen. Di(fluorenyl)substituierte [2]Borametallocenophane zeigen in der Reihe der dargestellten Verbindungen ein einzigartiges Verhalten. Wird die dilithiierte Liganden-Vorstufe bei der Umsetzung mit den Metallhalogeniden der Gruppe 4 Licht ausgesetzt, so lagert sie zum 1,3-Diboretan um. Auch oxidativ kann diese Umlagerung ausgelöst werden. Das Umlagerungsprodukt war von anderen Reaktionen bereits bekannt, konnte im Rahmen dieser Arbeit aber erstmals strukturell charakterisiert werden. Die Dichloroverbindungen der [2]Borametallocenophane können mittels Li[CH3] in die entsprechenden Dimethylkomplexe überführt werden. Damit besteht die Möglichkeit, die Verbindungen nicht nur mit MAO, sondern auch mit alternativen Co-Katalysatoren, wie beispielsweise Tris-(pentafluorphenyl)boran für die Olefinpolymerisation zu aktivieren. Die Aktivierung mittels MAO wurde sowohl mittels NMR- als auch mittels UV/Vis-Spektroskopie bei verschiedenen [Al]/[Zr] Verhältnissen untersucht. Neben den [2]Borametallocenonphanen konnte mit Verbindung [(n5-C29H37)2ZrCl2] das erste Metallocen mit dem neuen OctafluH-Liganden und zwei koordinierenden Arylgruppen dargestellt werden. Um die Polymerisationseigenschaften der Verbindungen zu untersuchen, wurde ein neuer Versuchsaufbau entworfen. Zur Überwachung der Polymerisationen wurde ein Programm entwickelt, was in der Lage war, verbrauchte Gasmenge und Temperatur im Reaktoraufzuzeichnen. Hier wurden die katalytischen Eigenschaften einer Serie von [2]Borametallocenophanen und des dargestellten Metallocens [(n5-C29H37)2ZrCl2] in der Ethen-Homopolymerisation untersucht. Diese Polymere wurden mittels DSC auf ihre thermischen Eigenschaften hin geprüft. Ausgewählte Polymere wurden in Zusammenarbeit mit der LyondellBasell Industries, Basell Polyolefine GmbH, Frankfurt mittels GPC auf ihr mittleres Molekulargewicht und dessen Verteilung hin untersucht. Alle Daten wurden mit denen von industriell verwendeten Katalysatoren und den von Kraft bekannten [1]Borametallocenophanen verglichen. In weiteren Untersuchungen wurde überprüft, in wie weit die Polymerisationsbedingungen, wie beispielsweise das [Al]/[Zr]-Verhältnis, die Temperatur oder der Druck Auswirkungen auf die Eigenschaften des Polymers haben. Eine Reihe von Komplexen wurde überdies in der Ethen/[1]Hexen-Copolymerisation untersucht. Die erhaltenen Copolymere wurden mittels DSC-, GPC-, IR- und NMR- Spektroskopie analysiert. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass eine Reihe neuer Verbindungen dargestellt und charakterisiert werden konnte, wobei insbesondere der neuartige Ligand OctafluH (C29H38) eingesetzt wurde. Die dargestellten [2]Borametallocenophane sind aktive Katalysatoren in der Ziegler-Natta ähnlichen Olefinpolymerisation. Die dargestellten Polymere wurden mittels verschiedener Methoden untersucht. Es zeigte sich, dass [2]Borametallocenophane langkettige Polyolefine und Ethen/1-Hexen Copolymere liefern können. / Based on Krafts work on [1]borametallocenophanes, a various number of monoarylsubstituted bisdimethylamino-1-bromo-2-aryldiboranes(4) were synthesized in the present work. Either the reaction of these monoarylsubstituted compounds with one equivalent of a lithiumaryl in toluene/ether or direct reaction of 1,2-dibromo-bis(dimethylamino)diborane(4) with a large excess of the lithiumaryl leads to the formation of diaryl substituted diboranes(4). Reaction of the ligand precursors with lithium organyls, e.g. Li[CH3] or Li[C4H9] leads to double deprotonation. [2]Borametallocenophanes are accessible via reaction of the dilithiated species with metal halides of Group 4 in toluene/ether. Due to the flexibility of the B-B-bridge, these complexes show dynamic behaviour in solution, which can be monitored by NMR spectroscopy. The solid state structure of some of these complexes could be examined by X-Ray diffraction. The reactivity of the new [2]borametallocenophanes also was reviewed. An oxidative addition reaction of platinum(0) was published for similar systems, but failed in this case. Neither was it possible to substitute the bisdimethylamino-groups bound to the boron-atoms. The prepared di(fluorenyl)substituted [2]borametallocenophanes show a unique feature. If the dilithiated precursor is exposed to visible or UV light during reaction with metal halides of group 4, these complexes rearrange to the 1,3-diboretane. This rearrangement also can be performed oxidatively. The Compound has been previously characterized in solution by multinuclear NMR spectroscopy; its structure in the solid state is now reported for the first time. The [2]borametallocenophanedichlorides can be reacted with Li[CH3], resulting in the corresponding dimethyl complexes. This allows for an alternative activation of the complexes with co-catalysts like tris(pentafluorophenyl)borane, in addition to the common activation with MAO. A model reaction for this alternative activation was performed using K[B(C6F5)4] to obtain a ion pair via chlorine abstraction. The common activation of the metal complexes using MAO was monitored either by NMR- or by UV/Vis-spectroscopy at various [Al]/[Zr] ratios. In addition to the [2]borametallocenophanes, [(n5-C29H37)2ZrCl2] could be prepared. It is the first metallocene with two aryl groups of the new octafluH-ligand (C29H38). To analyse the activity of the compounds in olefin polymerization processes, a new experimental set-up was designed. To control the polymerisation reactions, a Software program was developed, which allowed us to record gas-consumption and temperature in the reactor simultaneously. The catalytic behaviour of a whole series of [2]borametallocenophanes and of compound [(η5-C29H37)2ZrCl2] was studied in ethene homopolymerization. The thermal properties of all produced polymers where analyzed by DSC. The molecular weight distribution of selected examples was studied in cooperation with LyondellBasell Industries, Basell Polyolefine GmbH with GPC analyses. All data where directly compared to reference catalysts and to the [1]borametallocenophanes made by Kraft. The data show, that [2]borametallocenophanes have lower activities than [1]borametallocenophanes, but produce polymers of significantly higher average molecular weight. One can see clear differences throughout the data of the DSC measurements, for instance in the melting point and metling range, or crystallinity of the polymer. The melting points of the polymers obtained from [2]borametallocenophanes and compound [(n5-C29H37)2ZrCl2] are significantly higher than those of the reference catalysts. Additional experiments gave some insight into the relationship between polymerization conditions, e.g. the [Al]/[Zr] ratio, temperature or pressure and the key features of the polymers. It was shown that all these parameters influence the melting point and other specific values of the polymer. Additionally, selected examples were tested in the ethene/1-hexene copolymerization. The copolymers have been analyzed using DSC, GPC, IR and NMR spectroscopy. In conclusion, some new products were prepared and analyzed, in many cases with OctafluH (C29H38) as a substituent. All [2]borametallocenophanes are active catalysts in Ziegler-Natta type olefin polymerization processes. Analyses of the produced polymers revealed that [2]borametallocenophanes can produce long-chain polyethylene and ethene/1-hexene copolymers.

Eine zentrale Herausforderung des 21. Jahrhunderts ist die Reduktion von Treibhausgasen wie beispielsweise Kohlenstoffdioxid (CO2). Ein vielversprechender Ansatz hierfür ist die katalytische Umsetzung von CO2 zu Synthesegas (CO + H2) über die umgekehrte Wassergas-Shift-Reaktion. Nanopartikel sind ein wichtiges Forschungsgebiet aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten, einschließlich als Katalysatoren für die umgekehrte Wassergas-Shift-Reaktion. Im Fokus dieser Arbeit steht die Synthese von mono- und bimetallischen Nickel-Nanopartikeln und deren Aktivität für die umgekehrte Wassergas-Shift-Reaktion. Im ersten Teil dieser Arbeit wird das weithin bekannte thermische Reduktionsverfahren zur Herstellung von Nickel-Nanopartikeln vereinfacht und modifiziert. Die monometallischen Nickel-Nanopartikel werden eingehend charakterisiert und der Einfluss der Synthesebedingungen auf die finalen Nanopartikel sowie deren katalytische Aktivität für die Umwandlung von CO2 zu Synthesegas untersucht. In einem zweiten Teil wird das modifizierte Syntheseverfahren auf bimetallische Nickel-Nanopartikel durch Co-Reduktion von Nickel mit entweder Kupfer oder Kobalt übertragen. Die Nanopartikel werden eingehend untersucht und die Kern-Schale-Struktur der Nickel-Kupfer-Nanopartikel wird identifiziert und detailliert charakterisiert. Der Einfluss der Reaktionsparameter auf die finalen Nanopartikel und die Korrelation von Größe, Form und Kupfergehalt der Nanopartikel auf die Aktivität für die umgekehrte Wasser-Gas-Shift-Reaktion werden untersucht. / A great challenge of the 21st century is the minimization of greenhouse gases such as CO2. A promising approach is the catalytic conversion of CO2 to synthesis gas (CO + H2) via the reverse water gas shift reaction. Nanoparticles are an important field of research due to their unique properties and variety of applications including catalysts for the reverse water gas shift reaction. This work focusses on the synthesis of mono- and bimetallic nickel nanoparticles and their activity for the reverse water gas shift reaction. In the first part of this work the wellknown thermal reduction procedure for the preparation of nickel nanoparticles is adapted and simplified. The monometallic nickel nanoparticles are characterized thoroughly and the impact of the synthesis conditions on the final nanoparticles and their catalytic activity for the conversion of CO2 to CO are investigated. In a second part the adapted synthesis procedure is transferred to bimetallic nickel nanoparticles by co-reduction of nickel with either copper or cobalt. The nanoparticles are investigated thoroughly and the core-shell structure of nickel copper nanoparticles is identified and characterized in detail. The impact of the reaction parameters on the final nanoparticles as well as the correlation of size, shape and copper content of the nanoparticles on the activity for the reverse water gas shift reaction is investigated.

In dieser Arbeit werden die Wechselwirkungen von Wasserstoff mit festen Materialien und Oberflächen untersucht. Zunächst wird der Kontext unserer Untersuchung durch eine kurze Einordnung in die Geschichte der Naturwissenschaften im Allgemeinen, und der Oberflächenforschung im Speziellen, hergestellt. Anschließend wird der quanten- mechanische Apparat, welcher nötig ist um die betrachteten Systeme zu beschreiben, eingeführt um dann detailliert die Potentialhyperfläche der Entstehung von Wasser durch Adsoprtion von Wasserstoff auf einer teilweise oxidierten Ruthenium(0001) Metalloberfläche zu studieren. Zudem wird das gleiche System betrachtet, wenn die Metalloberfläche zusätzlich von einer biatomaren, kristallinen Lage Siliziumdioxid (SiO2 ) bedeckt ist, wodurch eine räumliche Beengung eintritt. Wir verwenden unsere Ergebnisse zusammen mit experimentellen Beobachtungen und mathematischen Metho- den um ein vollständig theoretisches Modell zu entwerfen und das System grundlegend verstehen zu können. In einem weiteren Schritt werden die chemischen Änderungen der Siliziumdioxid Doppellage untersucht, wenn das System Wasserstoffplasma ausgesetzt wird. Es werden diverse mögliche Defektstrukturen diskutiert und mithilfe experi- menteller Befunde die wahrscheinlichste Struktur isoliert. Im letzten Kapitel werden die typischen Näherungen untersucht, welche notwendig sind um quantenmechanische Methoden mit Hilfe von Computern durchführbar zu machen. Wir verwenden den sogenannten embedded-fragment Ansatz um die Diffusionsbarriere von Wasserstoff auf Aluminiumoxid mit chemischer Genauigkeit zu berechnen. Unsere Ergebnisse auf dem coupled-cluster with singles, doubles and perturbative triples (CCSD(T))- Niveau können sowohl als Referenz für experimentelle Untersuchungen, als auch für andere quantenmechanische Methoden wie z.B. die Dichtefunktionaltheorie, angesehen werden. / The present thesis aims at investigating the interactions of hydrogen with solid surfaces and materials. We first offer a brief historical context for surface science, as well as quantum mechanics and science is general, before deriving the mathematical appa- ratus necessary to investigate our systems of interest. We then move on to explore the potential energy surface of the water-formation-reaction on a partially oxidized ruthenium(0001) surface when confined under a two-atom thick sheet of silica (SiO2 ). We further employ our findings in conjunction with experimental observations and mathematical modeling to set up a fully theoretical model of the system in order to explain its behavior. In the second chapter we investigate the chemical alteration of the ultra-thin silica bilayer by means of exposing it to hydrogen plasma. We elucidate possible defects formed during the process and pin-point the most likely structure found. In the last chapter, we investigate the possible error sources that are inherent in quantum mechanical modeling and employ the so called embedded fragment approach to lift the approximations up to the coupled cluster singles and doubles with perturba- tive triples (CCSD(T)) level of theory. We then apply this methodology to the diffusion of hydrogen on aluminum oxide to obtain a diffusion barrier of chemical accuracy that may both be used to benchmark other approaches such as density functional theory, as well as experimental findings.

In der vorliegenden Arbeit konnte neben zwei Syntheserouten für neuartige Eninsubstrate auch eine eisenkatalysierte Cycloisomerisierung von Indoylinonen entwickelt werden. Die Methode zeichnet sich neben ihrer Nachhaltigkeit dadurch aus, dass anhand der Temperatur oder des verwendeten Lösemittels zwischen den entstehenden Produktklassen, Spiroindolenine und Chinoline, differenziert werden kann. Über die gewünschten Produkte hinaus konnten ein Tetrahydrocarbazolon, Oxindol sowie ein Indol-Derivat synthetisiert werden. Aufbauend darauf ließ sich in ersten Studien erfolgreich belegen, dass eine modifizierte Variante der entwickelten eisenkatalysirten Cycloisomerisierung in der Totalsynthese des Indol-Alkaloids Welwitindolinon A angewendet werden kann. Im Bereich der Komplexentwicklung wurden Eisendiazokomplexe mit diversern elektronenschiebenden und -ziehenden dargestellt. Dabei konnte festgestellt werden, dass das Koordinationsverhalten des Diazo-Liganden durch verschiedene Komponenten beeinflussbar ist. Dies konnte durch diverse spektroskopische Methoden, wie z.B. MÖSSBAUER oder XAS, plausibilisiert werden. Mit der selektiven Nitro-Reduktion in Anwesenheit eines Epoxids und unmittelbar folgender Indolbildung, war zudem ein erstes Anwendungsbeispiel für die beschriebenen Eisendiazokomplexe gefunden. Zusätzlich deuten erste Hinweise darauf hin, dass zwei Diazo-Analoga zu dem kationischen Eisenkomplex [Fe(CO)(NO)(PPh3)2][BF4] synthetisiert werden konnten. Im zweiten Teil der Arbeit konnte erfolgreich ein Baukastensystem, bestehend aus Material, „Spacer“ und Komplex, entwickelt werden um mittels CLICK-CHEMIE molekulare heterogene Katalysatorsysteme nachhaltig aufzubauen. Die entworfenen Systeme sowie die präsentierte Methode zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine reaktionsbezogene Optimierung mit nur geringem präparativen Aufwand ermöglichen. Ihre Anwendung in der Katalyse konnte in zwei unterschiedlichen Transformationen erfolgreich nachgewiesen werden. Neben der Erhöhung der Ausbeute konnte exemplarisch eine erste C–H-Aminierung in einem molekularen heterogenen Katalysatorsystem mit definierten, dirigierenden Geometrien durchgeführt werden. Gleichzeitig erlaubt das entwickelte Konzept die Recyclierbarkeit des Katalysators mit lediglich marginalen Ausbeuteverlusten, was was in Bezug auf die Ruthenium-Komlexe ein hohes Maß an Nachhaltigkeit sicherstellt. Außerdem konnten die ersten beiden Eisendiazokomplexe mit einer Alkin-Einheit modifiziert und anschließend in dem Porensystem eines SBA15-Materials immobilisiert werden. Somit stehen erste Eisenkomplexe für die Anwendung in der molekularen heterogenen Katalyse in definierten, dirigierenden Geometrien zur Verfügung.:I. THEORETISCHER TEIL ...................................................................................... 1 1 Einleitung .................................................................................. 2 Nachhaltigkeit in der Chemie .................................................... 2 2 Problemstellung ...................................................................................... 6 3 Eisenkatalysierte Cycloisomerisierung in der Naturstoffsynthese ........................... 8 Einführung ...................................................................................................................8 3.1.1 Eisenkatalysierte Cycloisomerisierungen ......................................................... 8 3.1.2 Monoterpenoide (iridoide) Indolalkaloide ........................................................ 10 3.1.3 Retrosynthese der 1. Generation zum Aufbau des 6,4-bicylischen Gerüsts ... 11 Aufbau des Welwitindolinones A 2 über die Bildung des 6,4-bicyclischen Gerüsts 12 3.2.1 Studien zum Aufbau des Katalysesubstrats 30 ausgehend von Cyclopentadien 34 und Methylcyclopentadien.................................................................................... 12 3.2.2 Studien zum Aufbau des Katalysesubstrats 30 ausgehend von 2-Methyl-3- butennitril 42 ............................................................................................................ 13 3.2.3 Studien zum Aufbau des Modellsubstrats 57 mit terminaler Doppelbindung .. 15 3.2.4 Studien zum Aufbau des Modellsubstrats 82 mit dimethylierter Doppelbindung 18 3.2.5 Eisenkatalysierte Cycloisomerisierung der Katalysesubstrate 57 und 82 ....... 21 Alternative Retrosynthese zum Aufbau des Welwitindolinones A 2 über die Bildung des Spirooxindol-Gerüsts..........................................................................................22 3.3.1 Vorversuche zur eisenkatalysierten Cyclosisomerisierung verschiedener Indoylinone ............................................................................................................... 24 3.3.2 Optimierung der Reaktionsparameter ............................................................. 26 3.3.3 Substratsynthese ............................................................................................. 32 3.3.4 Untersuchung des Substratspektrums ............................................................ 38 3.3.4.1 Reaktionsbedingungen zur Bildung der Spirocyclen .................................. 38 3.3.4.2 Reaktionsbedingungen zur Synthese der Chinoline ................................... 44 3.3.4.3 Mechanistische Untersuchungen ................................................................ 48 3.3.5 Anwendung der entwickelten eisenkatalysierten Cycloisomerisierung in der Synthese des Welwitindolinons A 2 .......................................................................... 52 Zusammenfassung ................................................................................................... 54 4 Schaltbare kationische Eisenkomplexe für Anwendungen in der Katalyse ........... 56 Einführung................................................................................................................. 56 Vom Eisenpentacarbonyl über die „end-on“- zur „side-on“-Struktur ....................... 58 Studien zur Synthese des Diazo-Analogons des kationischen Nitrosyl-Komplexes 1 67 Erste Anwendungsversuche der Eisendiazokomplexe ............................................ 71 Zusammenfassung ................................................................................................... 74 5 Molekulare heterogene Katalyse in definierten, dirigierenden Geometrien ........... 76 Einführung................................................................................................................. 76 5.1.1 Konzept der molekulare heterogene Katalyse in definierten, dirigierenden Geometrien ............................................................................................................... 76 5.1.2 Transferhydrierung: Wasserstoff-Autotransferkatalyse/“Borrowing-Hydrogen“ 78 Darstellung des Ru(NNNN)-Komplexes 284 und des Alkin-modifizierten Ru(NNNN)*-Komplexes 294 .................................................................................... 80 Studien zur Darstellung der „Spacer“-Moleküle 315, 316, 317 und 333 .................. 82 Darstellung diverser Ru(NNNN)*SpacerX- und Ru(NNNN)*SpacerX*Ph-Einheiten 86 Studien zum mesoporösen Silica-Material .............................................................. 89 5.5.1 Einführung........................................................................................................ 89 5.5.2 Studien zur Darstellung der Kopfgruppen ....................................................... 91 5.5.3 Studien zur Darstellung des Materials und Charakterisierung des synthetisierten SBA-15-N3 -Material........................................................................ 92 5.5.4 Studien zu der Immobilisierung der Rutheniumkomplexe und der Defunktionalisierung der äußeren Oberfläche ........................................................ 101 5.5.4.1 Einführung ................................................................................................. 101 5.5.4.2 Studien zu der Immobilisierung der Rutheniumkomplexe........................ 102 5.5.4.3 Studien zum „Capping“ der Materialoberfläche ....................................... 107 5.5.4.4 Studien zur Adsorption/Diffusion ............................................................. 110 Ruthenium-basierte Katalysen ................................................................................113 5.6.1 Erste Studien zur Wasserstoff-Autotransferkatalyse nach W EICKMANN .... 113 5.6.2 Homogene Transferhydrierung ...................................................................... 115 5.6.3 Molekulare heterogene Transferhydrierung in definierten, dirigierenden Geometrien ............................................................................................................. 118 5.6.4 Ergänzende Studien zur Wasserstoff-Autotransferkatalyse .......................... 133 5.6.4.1 Studien zum Kondensationsschritt und Kinetik-Studien der Wasserstoff- Autotransferkatalyse ............................................................................................... 133 5.6.4.2 Studien zum besseren Verständnis der mangelnden Reaktivität der Wasserstoff-Autotransferhydrierung im molekularn heterogenen Fall ................... 137 Molekulare heterogene C–H-Aminierung in definierten, dirigierenden Geometrien 140 Immobilisierung der Eisendiazokomplexe.............................................................. 142 5.8.1 MÖSSBAUER -Studien und Berechnungen zur Aufklärung der Koordinationssituation der Eisendiazokomplexe .................................................... 144 5.8.2 EXAFS- und XANES-Analysen zur Aufklärung der Koordinationssituation der Eisendiazokomplexe .............................................................................................. 147 Zusammenfassung...................................................................................................154 6 Zusammenfassung und Ausblick ......................................................................... 158 II. EXPERIMENTELLER T EIL ............................................................................... 168 7 Allgemeine Angaben ............................................................................................ 169 8 Eisenkatalysierte Cycloisomerisierung in der Naturstoffsynthese ....................... 180 9 Schaltbare kationische Eisenkomplexe für Anwendungen in der Katalyse ......... 267 10 Molekulare heterogene Katalyse in definierten, dirigierenden Geometrien ....... 281 Literaturverzeichnis................................................................................................. 340 Röntgenstrukturanalysen ....................................................................................... 348 Laborjournalnummern/Spektrenbezeichnungen .................................................... 384

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The catalytic oxidation activity of platinum particles in automobile catalysts is thought to originate from the presence of highly reactive superficial oxide phases which form under oxygen-rich reaction conditions. The thermodynamic stability of platinum oxide surfaces and thin films was studied, as well as their reactivities towards oxidation of carbon compounds by means of first-principles atomistic thermodynamics calculations and molecular dynamics simulations based on density functional theory. On the Pt(111) surface the most stable superficial oxide phase is found to be a thin layer of alpha-PtO2, which appears not to be reactive towards either methane dissociation or carbon monoxide oxidation. A PtO-like structure is most stable on the Pt(100) surface at oxygen coverages of one monolayer, while the formation of a coherent and stress-free Pt3O4 film is favoured at higher coverages. Bulk Pt3O4 is found to be thermodynamically stable in a region around 900 K at atmospheric pressure. The computed net driving force for the dissociation of methane on the Pt3O4(100) surface is much larger than on all other metallic and oxide surfaces investigated. Moreover, the enthalpy barrier for the adsorption of CO molecules on oxygen atoms of this surface is as low as 0.34 eV, and desorption of CO2 is observed to occur without any appreciable energy barrier in molecular dynamics simulations. These results, combined, indicate a high catalytic oxidation activity of Pt3O4 phases that can be relevant in the contexts of Pt-based automobile catalysts and gas sensors.

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