Su2nCat-CO2
Su2nCat-CO2
Fast Facts zum Projekt
Projektleiter:
Dr. rer. nat. Lars Mohrhusen
Institution:
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
Laufzeit:
01.03.2024 – 28.02.2030
Fördervolumen:
2.649.738 €
Förderkennzeichen:
033RC038
In Kürze
Um Kohlendioxid (CO2) unter Ausnutzung von Sonnenlicht zu verwertbaren Grundstoffen umzusetzen, braucht es die richtigen Photokatalysatoren. Das Team hinter Su2nCat-CO2 entwickelt dafür neuartige oxidbasierte Hybridmaterialien, bei denen die sonst typischen (Edel-)Metallnanopartikel durch (2D) Nanomaterialien aus nachhaltig verfügbaren Elementen ersetzt werden. Modellstudien unter definierten Bedingungen dienen zusammen mit operando-Experimenten als Basis für den Transfer zu industriell skalierbaren Materialien.
Projektdetails
CO2 ohne (Edel-)Metalle mit Sonnenlicht aktivieren
Nanopartikel aus (Edel-)Metallen wie Gold, Platin oder Palladium sind heute fester Bestandteil vieler (Photo-)Katalysatoren, haben aber einige Nachteile. Diese Metalle sind teuer, limitiert verfügbar und häufig durch Vergiftung oder Sintern nicht stabil. Das Team hinter Su2nCat-CO2 sucht Alternativen für diese Nanopartikel in oxidischen Photokatalysatoren. Ziel ist, bisher unerforschte edelmetallfreie hybride Katalysatormaterialien aus gut verfügbaren Rohstoffen insbesondere für die Verwertung von CO2 mit Sonnenlicht zu entwickeln, an Modellsystemen zu charakterisieren und in ihrer photochemischen Reaktivität, Selektivität und Stabilität zu optimieren. So sollen nicht nur zukunftsfähige Photokatalysatoren erhalten, sondern ein tiefes Verständnis der Struktureigenschaften und (De-)Aktivierungsprozesse erlangt werden.
Nachhaltige Nanomaterialien mit oxidischen Halbleitern kombinieren
Eine Besonderheit des Vorhabens sind die verwendeten Materialkombinationen. Oxidische Halbleiter wie Titandioxid (TiO2) werden als Plattform für Nanostrukturen als (Edel-)Metallersatz verwendet. Konkret werden zwei Ansätze verfolgt:
Im ersten Teilprojekt werden nanostrukturierte Sulfide, Nitride und Phosphide auf die Oxide abgeschieden. Diese sorgen unter anderem für eine verbesserte Ausnutzung des Sonnenlichts. Gleichzeitig versprechen die ausgewählten Materialien eine hohe Resistenz gegen Korrosion, Sintern und Vergiftungen mit Kohlenmonoxid.
Im zweiten Teilprojekt werden organische Bausteine auf der Oxidoberfläche verankert und mit weiteren Monomeren verknüpft, sodass ein Netzwerk konjugierter Bindungen entsteht. Die Absorption lässt sich so an das Sonnenlicht anpassen, und durch die hohen Ladungsträgermobilitäten soll die Lebensdauer der für photochemische Reaktionen notwendigen Ladungsträger erhöht werden. Weitere Vorteile werden z.B. durch die chemische Funktionalisierbarkeit oder Effekte durch „Einschluss“ der Reaktanden erwartet.
In beiden Teilprojekten werden zunächst Strukturmerkmale und Reaktionskanäle mit Schlüsselintermediaten anhand von definierten Modellsystemen aufgeklärt. Dafür werden spektroskopische und mikroskopische Methoden mit Reaktivitätsstudien unter Ultrahochvakuum (UHV) und operando-Bedingungen kombiniert. Dieses fundamentale Wissen dient als Basis für den Transfer zu industriell skalierbaren Materialien.
In einem dritten Teilprojekt werden außerdem Mikroreaktoren entwickelt, die eine Erprobung der Modellkatalysatoren unter realen Bedingungen ermöglichen sollen, was derzeit häufig mit Ultrahochvakuum-Methoden erfolgt.
Verwertung der Ergebnisse: Netzwerk und Anschlussfähigkeit
In der Projektlaufzeit werden mindestens neun Wissenschaftler:innen in verschiedenen Karrierephasen unter Leitung von Dr. Lars Mohrhusen die Teilprojekte bearbeiten. Dieses Team profitiert vom Umfeld langjähriger interdisziplinärer Energieforschung an der Universität Oldenburg sowie von einem Netzwerk aus akademischen und nichtakademischen Partnern in Europa und den USA, die nicht nur spezielle Expertise und Methoden bereitstellen, sondern auch in die Supervision der Mitarbeiter:innen eingebunden werden.
Von den verwendeten Materialien über die Einbindung von Partnern bis hin zur Kommunikation der Ergebnisse: Su2nCat-CO2 legt Wert auf die Anschlussfähigkeit der Ergebnisse. So soll perspektivisch nicht nur die Anwendung der optimierten Photokatalysatoren ermöglicht werden, sondern auch die fundamentalen Erkenntnisse über Herstellung und Struktureigenschaften zum technologischen Fortschritt beitragen. Diese Erkenntnisse können weit über den Bereich der (Photo-)Katalyse hinaus relevant sein, z.B. im Bereich der Materialwissenschaften, Halbleitertechnologie oder Korrosionschemie.
