Sonderforschungsbereich „Katalyse“ zum dritten Mal gefördert

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert den Sonderforschungsbereich „Molekulare heterogene Katalyse in definierten dirigierenden Geometrien“ (SFB 1333) zum dritten Mal. Damit können die Katalyseforscher*innen an der Universität Stuttgart und ihre Partner ihre erfolgreiche Arbeit zu neuen nachhaltigen chemischen Prozessen fortsetzen und gezielt ausbauen. Die Förderung für die abschließende Phase des SFB beträgt rund 9,2 Millionen Euro.

„Ich freue mich, dass die DFG die langjährige erfolgreiche Forschung von Michael Buchmeiser und seinem Team mit der Verlängerung des Sonderforschungsbereichs 1333 erneut würdigt“, gratuliert Prof. Peter Middendorf, Rektor der Universität Stuttgart. „Dieser SFB trägt dazu bei, dass unsere industrielle Produktion in vielen Bereichen nachhaltiger und ressourcenschonender wird. Und er zeigt wie aus Exzellenz und Interdisziplinarität neue Lösungen entstehen, die einen konkreten Nutzen für die Gesellschaft haben.“

„Katalytische Reaktionen bilden das Rückgrat der modernen chemischen Synthese und sind zentral für eine nachhaltige industrielle Produktion“, sagt Prof. Michael Buchmeiser, Sprecher des SFB 1333 und Experte für Makromolekulare Stoffe und Faserchemie am Institut für Polymerchemie (IPOC) der Universität Stuttgart. „Bei der Entwicklung neuer Katalysatorsysteme schauen wir auf die Natur und nehmen biologische Systeme wie zum Bespiel Enzyme als Vorbild. Sie steuern chemische Reaktionen hochspezifisch und effizient. Diese Präzision bleibt in der chemischen Katalyse bislang oft unerreicht.“ Genau hier setzt der SFB 1333 an: Da Ziel der Forschenden ist es, die Funktionsweise von Enzymen nachzubilden. Dafür werden organische und organometallische Katalysatoren in maßgeschneiderte Festkörper mit sehr feinen Poren „eingeschlossen“. Dadurch entstehen räumlich begrenzte Reaktionsumgebungen, die zentrale Eigenschaften von Enzymen gezielt nachahmen – etwa eine genau abgestimmte lokale Umgebung und eine räumliche Kontrolle der Reaktionen.

Die Arbeiten im SFB verbinden Materialentwicklung, Katalyse-Forschung sowie hochmoderne Analytik und Simulation. In den ersten beiden Förderperioden gelang es den Wissenschaftler*innen, die beschriebenen Einschluss-Effekte erstmals systematisch nachzuweisen, zu quantifizieren und ihre Mechanismen zu verstehen. Dabei erzielten sie unter anderem ungewöhnlich hohe oder sogar umgekehrte Selektivitäten, das heißt die Reaktionen lieferten nicht nur die gewünschten Produkte, sondern brachten auch andere, neue Produkte hervor als üblich. Darüber hinaus verliefen die katalytischen Reaktionen schneller und effizienter. Zudem entwickelte das Team neuartige mesoporöse Materialien mit bislang unerreichter struktureller Präzision und ein umfassendes Instrumentarium aus experimentellen und theoretischen Methoden.

In der dritten Förderperiode wollen die Forschenden die entwickelten Konzepte konsolidieren und die Grundlagen für künftige Anwendungen in der nachhaltigen chemischen Produktion schaffen. Der nächste entscheidende Schritt ist die gezielte Nutzung der entdeckten Einschluss-Effekte in anspruchsvollen und bislang schwer zugänglichen katalytischen Reaktionen. „Die in den beiden ersten Förderperioden erzielten Ergebnisse erlauben es uns nun gezielt dirigierende Hohlräume nach dem Vorbild der Natur zur Realisierung komplexer chemischer Reaktionen zu nutzen“, erklärt Buchmeiser. Das Team will die gewonnenen Erkenntnisse systematisch in leistungsfähige Katalysatorsysteme überführen und neue Reaktionswege erschließen.

Ein besonderer Fokus liegt dabei auf nachhaltigen chemischen Prozessen, insbesondere der Nutzung von Kohlenstoffdioxid als Rohstoff. Gleichzeitig wollen die Expert*innen die entwickelten Konzepte unter realitätsnahen Bedingungen erproben. Die Nutzung von Einschluss-Effekten soll dabei als allgemeines Designprinzip in der Katalyse etabliert werden. Sie dienen als vielseitiges Werkzeug, um anspruchsvolle Reaktionen zu ermöglichen und potenziell neue, bislang nicht zugängliche Umsetzungen zu erschließen.

Auch in der dritten Förderperiode spielen die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses sowie ein strukturiertes Forschungsdatenmanagement eine zentrale Rolle. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf dem Ausbau der Wissenschaftskommunikation. Der Forschungsverbund setzt dabei auf den direkten Austausch mit der Öffentlichkeit und bietet in Zusammenarbeit mit dem Fehling-Lab der Universität Stuttgart Kurse für Schüler*innen der Sekundarstufe an. Die enge Vernetzung mit weiteren Forschungsverbünden am Standort Stuttgart stärkt zusätzlich die internationale Sichtbarkeit des Programms.

Zum SFB 1333
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert den SFB 1333 „Molekulare heterogene Katalyse in definierten dirigierenden Geometrien“ seit 2018. Die Fördersumme der dritten und letzten Phase beträgt rund 9,2 Millionen Euro. Sein Schwerpunkt liegt an der Fakultät Chemie und Materialwissenschaft der Universität Stuttgart und vernetzt zahlreiche Forschungsgruppen der Universität Stuttgart mit Partnern, unter anderem am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr sowie an den Universitäten Paderborn, Marburg, Bochum und Ulm.