Das rationale Designen von Katalysatoren umfasst ein stringentes Konzept zur zielgerichteten Entwicklung neuer Katalysatormaterialien für diverse chemische Prozesse, insbesondere in den Bereichen der Abgasreinigung und Kraftstoffsynthese. Das Vorgehen umfasst ein breites Spektrum an wissenschaftlichen und methodischen Gesichtspunkten, die von der Präparation, Charakterisierung und Testung der Materialien zu mechanistischen und kinetschen Untersuchungen sowie zur Implemetierung der Katalysatoren in adäquate chemische Reaktionsapparate umfasst. Die wesentlichen Schritte dabei sind nachfolgend skizziert:

• Präparation von festen Katalysatoren mittels klassischer und neuartiger Methoden (z. B. Fällung, Flammensprühpyrolyse, Ultraschall, Komplexierung)
• Physikalisch-chemische Charakterisierung der Katalysatoren durch oberflächen- und festkörperanalytische Verfahren
  (z. B. XPS, Raman, UV/Vis, DRIFTS, ATR-IR, Mössbauer, XRD, REM, RFA, BET)
• Ermittlung von katalytischer Aktivität und Selektivität unter atmosphärischen und Hochdruckbedingungen
• Charakterisierung und Strukturaufklärung von gasförmigen und flüssigen Reaktionsprodukten mittels differenzierter Analytik (z.B. FTIR, GC/WLD/FID, GC/MS)
• Erstellen von Struktur-Aktivitäts-Korrelationen zur Identifizierung katalytisch aktiver Zentren und darauf aufbauend gezielte Präparation von Katalysatoren
• Aufklärung von Reaktionsmechanismen durch in situ- und operando-Techniken (DRIFTS, UV/Vis/DRIFTS/MS, Raman, XPS, XRD)
• Evaluierung der Kinetik chemischer Reaktionen in Integral- und gradientenfreien Reaktoren unter stationären und instationären Bedingungen
• Entwicklung von globalen und elementaren Modellen zur Beschreibung der Reaktionskinetik
• Modellierung von chemischen Reaktoren zur Berechnung von Umsatz- und Temperaturprofilen
• Auslegung technischer Reaktoren und Prozesssimulation auf Basis valider Reaktormodelle