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Im Mittelpunkt der Arbeit stehen Alanate und Aluminiumhydride der Übergangs- und Erdalkalimetalle in Bezug auf ihre Synthese, ihre thermodynamischen Eigenschaften, ihre Zersetzungsreaktionen und ihre potentielle Eignung für reversible Wasserstoffspeicheranwendungen. Es konnten für CeAlH6, Mg(AlH4)2, Ca(AlH4)2, Sr(AlH4)2, CaAlH5 und SrAlH5 die Wärmekapazitätsfunktionen sowie die absoluten Entropien und Bildungsenthalpien bei 298,15 K bestimmt werden. Weiterhin wurden Methoden zur Näherung der genannten thermodynamischen Daten evaluiert und mit den ermittelten Werten aktualisiert und erweitert. Außerdem wurde die im Bereich der komplexen Hydride übliche Annahme, dass sich die bei der Synthese gebildeten Nebenprodukte LiCl und NaCl gegenüber den Hydriden inert verhalten, überprüft. Es konnte gezeigt werden, dass die Annahme hinsichtlich der Eigenschaften und Zersetzungsreaktionen von Mg(AlH4)2, Ca(AlH4)2 und Sr(AlH4)2 Bestand hat. In Bezug auf die Dehydrierung von CaAlH5 und SrAlH5 ist sie jedoch ungültig, wenn die Probe LiCl enthält.

Diese Dissertation befasst sich mit quantenchemischen Untersuchungen der CO2-Insertion in Si-N-Bindungen von Aminosilanen und der Zuverlässigkeit quantenchemischer Berechnungsmethoden. Es wurden verschiedene Verbindungsklassen, wie Piperazinderivate, Di- und Monoethanolaminderivate, einfache und spirozyklische Aminosilane verwendet. Zunächst wurde ein Benchmarking der verwendeten Berechnungsmethoden durchgeführt, um die für diese Forschung am besten geeigneten Methoden herauszufinden. Quantenchemische Berechnungen wurden genutzt, um die Reaktionen und die möglichen Prozesse aus der Sicht der Thermodynamik zu bewerten. Desweiteren wurde der Mechanismus der CO2-Insertion untersucht. Zu diesem Zweck wurden Geometrieoptimierungen der Übergangszustände durchgeführt, wobei die Aminosilan-CO2-Komplexe mit unterschiedlichem C-N-Abstand berücksichtigt wurden, um den Weg der Reaktanten zum Übergangszustand zu finden. Zusätzlich wurden NBO-Berechnungen durchgeführt, um den Reaktionsmechanismus zu entschlüsseln. Die berechneten IR- und NMR-Spektren wurden mit gemessenen Spektren verglichen und ihre Zuverlässigkeit wurde in der Arbeit bewertet.

Ein zentraler Nachteil der meisten Koordinationspolymere ist, dass sie elektrische Isolatoren sind. In dieser Arbeit wurden konjugierte Koordinationspolymere auf ihre Leitfähigkeit untersucht, die eine Rhodium-Paddle-Wheel-Struktur besitzen. Die Beschichtung auf einer funktionalisierten Oberfläche im Vorfeld der C-AFM-Messung wurde mittels eines selbstgebauten Dip-Coaters realisiert. Koordinationspolymere, die das [Rh2(ac)4]-Paddle-Wheel enthalten, sind unabhängig von den untersuchten Linkern Isolatoren. Werden die Acetatliganden mit drei oder vier Acetamidatliganden ausgetauscht, so ist das entstandene Koordinationspolymer leitfähig. Temperaturabhängige C-AFM-Messungen ergeben eine für hohe Feldstärken konstante Aktivierungsenergie, die je nach Koordinationspolymer zwischen 0,3 eV und 0,7 eV beträgt. Anhand der Ergebnisse wurde gezeigt, dass der Ladungstransport durch einen Hopping Mechanismus dominiert wird. C-AFM ist eine aussagekräftige Methode zur Charakterisierung leitfähiger Koordinationspolymere auf der Oberfläche.

Im Rahmen dieser Dissertation wurden Hydrotalcit-basierte Nickelkatalysatoren zur CO2-Methanisierung synthetisiert, charakterisiert und katalytisch untersucht. Dabei konnten durch mehrere Ansätze deutliche Verbesserungen der katalytischen Aktivität erzielt werden. Einen wesentlichen Effekt zeigte dabei die Kombination der üblicherweise separat durchgeführten Präparationsschritte der Calcination und der Reduktion. Dadurch ließ sich die notwendige Reduktionstemperatur senken, was zum Erhalt einer größeren Katalysatoroberfläche führte. Zusätzlich wurde eine Vielzahl von Promotoren in Hydrotalcit-basierten Nickelkatalysatoren systematisch und vergleichend untersucht. Eine solche Untersuchung lässt sich in der Literatur bisher nicht finden. Dabei kristallisierte sich insbesondere Mangan als vielversprechender Promotor heraus. Spektroskopische Untersuchungen zum Einfluss des Mangans zeigten, dass Mangan die Bindungsstärke des Kohlenstoffdioxids am Katalysator erhöht. Durch Variation des Mangangehaltes ließ sich entsprechend die Bindungsstärke einstellen und somit die Katalysatoraktivität optimieren.

Die langfristige Speicherung von überschüssiger Energie aus regenerativen Quellen ist ein ungelöstes Problem der Energiewende. Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems bietet das Power-to-Gas-Konzept, bei dem Methan aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid als Ersatz für Erdgas erzeugt wird. Da diese Reaktion kinetisch limitiert ist, ist die Verwendung eines geeigneten heterogenen Katalysators erforderlich. Aufgrund ihrer hohen Aktivität und ihres niedrigen Preises werden häufig nickelhaltige Katalysatoren eingesetzt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Eignung von Fe-Ni-Hydrotalcit-basierten Katalysatoren für dieses Konzept untersucht, wobei der Schwerpunkt auf der Bestimmung der Abhängigkeit der katalytischen Aktivität vom Eisengehalt lag. Dabei zeigte sich, dass geringe Mengen an Eisen die Methanausbeute verbessern. Eine Erklärung für diese Aktivitätssteigerung liefern die Ergebnisse von in-situ-DRIFTS-Untersuchungen an eisenhaltigen und eisenfreien Ni-Hydrotalcit-Katalysatoren.

Zur Entwicklung eines effizienten Verfahrens zur CO2-Hydierung im Dreiphasensystem erfolgten in dieser Arbeit Untersuchungen zur Optimierung des Katalysatorsystems, zum Screening nach neuen geeigneten Lösungsmitteln und zum Einfluss der Prozessführung. Durch Variieren des Trägersystems und der Präparationsmethode ergaben sich sieben Kupferkatalysatoren, welche sich in ihren Eigenschaften und ihrer katalytischen Aktivität unterschieden. Zudem gelang die Immobilisierung von Kupferkatalysatoren auf Aluminiumoxid und auf Glas. Es wurde eine kontinuierliche Anlage mit Rieselbettreaktor entwickelt und in Betrieb genommen, welche die Durchführung der CO2-Hydrierung in Gasphase und im Dreiphasensystem bei bis zu 90 bar ermöglicht. Im Batchversuch zeigte sich der Einfluss der Lösungsmittel auf die Effizienz des Katalysators. Vielversprechende Lösungsmittel wurden dann zur Methanolsynthese im kontinuierlichen Prozess eingesetzt, um den Einfluss der Prozessbedingungen zu untersuchen.