Hohl-Nano- und Mikostrukturen als Katalysatoren

Die Katalyse steht im Mittelpunkt fast jedes etablierten und aufstrebenden chemischen Prozesses und spielt auch eine zentrale Rolle im Streben nach neuartigen Technologien für die nachhaltige Produktion und Umwandlung von Energie. Besonders seit den frühen 2000er Jahren gibt es ein großes Interesse an der Gestaltung und Anwendung von mikro- und nanometergroßen Materialien mit hohlen Innenräumen als festen Katalysatoren. Diese Übersicht bietet eine aktualisierte und kritische Untersuchung der ständig wachsenden Materialarchitekturen und Anwendungen von Hohlstrukturen in allen Bereichen der Katalyse, einschließlich Bio-, Elektro- und Photokatalyse. Zunächst werden die wichtigsten Synthesestrategien für hohle Materialien kurz zusammengefasst, wobei der Fokus auf der (regioselektiven) Einbringung verschiedener Arten von katalytischen Funktionalitäten innerhalb ihrer unterschiedlichen Subeinheiten liegt. Die Grundlagen des wissenschaftlichen und technologischen Interesses an hohlen Materialien als feste Katalysatoren oder Katalysatorträger werden dann umfassend behandelt. Behandelte Aspekte umfassen die Stabilisierung von Katalysatoren durch Einkapselung, die Einführung molekularer Siebung oder stimuli­reaktiver "Hilfsfunktionalitäten" sowie die räumliche Kompartimentierung verschiedener katalytischer Funktionen, um multifunktionale (Bio)katalysatoren zu schaffen. Es werden auch Beispiele für die Anwendungen gegeben, die Hohlstrukturen in den aufstrebenden Bereichen der Elektro- und Photokatalyse finden, insbesondere im Kontext der nachhaltigen Produktion chemischer Energieträger. Schließlich wird eine kritische Perspektive auf die plausiblen Entwicklungslinien für dieses florierende wissenschaftliche Feld sowie die wichtigsten praktischen Herausforderungen gegeben, die für die reproduzierbare und skalierbare Synthese und Nutzung von hohlen Mikro- und Nanostrukturen als feste Katalysatoren relevant sind.