This dissertation is concerned with the catalytic non-reductive CO2 fixation based on abundant metal catalysts and organocatalysts. Catalytic systems based on alkali and alkaline earth metal salts in combination with readily available polyethers were investigated. CaI2 complexed by a poly(ethylene glycol) dimethyl ether was found as the superior catalytic system compared to other state-of-the-art catalysts. Up-scaling as well as recycling reactions were even achieved under ambient conditions. Furthermore, bifunctional phosphonium salt catalysts were evaluated at room temperature. Catalysts bearing phenol moiety showed superior performance even at room temperature. The mechanism and catalyst activity were investigated by DFT calculations and kinetic studies, respectively. The environmental impact and ecological benefit for the synthesis of glycidyl carbonate metacrylate by incorporating CO2 into glycidyl methacrylate was studied in a cradle-to-gate life cycle assessment. Moreover, specially designed phosphonium salts were immobilized using plasma techniques. The best catalyst was used in the synthesis of various carbonates. This catalyst was also recycled up to four times and represents the first example on the recycling of a plasma immobilized catalyst.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der katalytischen, nicht reduktiven Fixierung von CO2 unter Verwendung von Katalysatoren basierend auf häufig vorkommenden Metallen sowie Organokatalysatoren. Zunächst wurden mehrere Katalysatorsysteme basierend auf Alkali- und Erdalkalimetallsalzen in Kombination mit einfach verfügbaren Polyethern untersucht. CaI2, welches durch einen Polyethylenglykoldimethylether komplexiert wurde, konnten als besonders aktiv im Vergleich zu state-of-the-art Katalysatoren identifiziert werden. Up-scaling Versuche sowie Recyclingexperimente wurden sogar erfolgreich bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck durchgeführt. Als weiterer Teil der Arbeit wurden bifunktionelle Phosphoniumsalze als Katalysatoren bei Raumtemperatur evaluiert. Katalysatoren, die eine Phenolfunktionalität tragen, zeigten exzellente Aktivitäten bei Raumtemperatur.Der Mechanismus und die katalytische Aktivität wurden mittels DFT Rechnungen und kinetischen Studien untersucht. Der Einfluss auf die Umwelt sowie der ökologische Nutzen der Synthese von Gylcerolcarbonatmethacrylat aus CO2 und Glycidylmethacrylat wurde in einer cradle-to-gate Lebenszyklusanalyse untersucht. Des Weiteren wurden spezielle entwickelte Phosphoniumsalzkatalysatoren mittels Plasmatechnik immobilisiert. Der beste Katalysator wurde für die Synthese verschiedener Carbonate eingesetzt. Dieser Katalysator konnte außerdem bis zu viermal wiederverendet werden und ist somit das erste Beispiel eines rezyklierbaren plasma-immobilisierten Katalysators.