Forschungsprojekte - Wasserspaltung, Wasserstoff und Co.

Elektro- und Photokatalytische CO₂Reduktion mit [NiFe]-Chalkogeniden

Ziel des Projekts ist die Herstellung von Nickel-Eisen-Oxysulfid Nanopartikeln für die CO₂-Reduktion
Projektpartner: Dr. Ulf-Peter Apfel (Ruhr-Universität Bochum)

Poröse, elektrogesponnene Fasermatten mit hoher Protonenleitfähigkeit für Kompositmembranen

Ziel dieses Projekts ist die Herstellung flexibler SiO₂-Fasermatten mittels Elektrospinnen, die mit Sulfonsäure-Gruppen und Benzimidazol-Gruppen für hohe Protonenleitfähigkeit funktionalisiert werden sollen. Es werden verschiedene Strategien wie z.B. das Verspinnen bereits funktionalisierter SiO₂ Partikel oder das post-synthetische Funktionalisieren von SiO₂ Fasermatten verfolgt. Die erzeugten Fasermatten werden hinsichtlich ihrer Protonenleitfähigkeit in definierter Luftfeuchte und temperaturabhängig mittels Impedanzspektroskopie untersucht.

CO₂SimO – Photoelektrochemische CO₂-Reduktion bei Simultaner Oxidativer Wertstoffgewinnung

Das Projekt CO₂SimO wird eine Technologie entwickeln, die mit Solarenergie das Treibhausgas Kohlendioxid (CO₂) in den Energieträger Methan umwandelt und zugleich das wichtige Bleich- und Desinfektionsmittel Wasserstoffperoxid herstellt. Diese photoelektrochemische Zelle (PEZ) wird von uns in Zusammenarbeit mit 2 Unternehmen, zwei Forschungsinstituten und der Universität Hannover realisiert. Die AG Marschall entwickelt dafür neue Photokatalysatoren, neue Oxide die mit Hilfe von Sonnenenergie CO₂ umwandeln können.

Ammoniak bei Bedarf: Katalytische N₂-Reduktion an photo-geladenen maßgeschneiderten TiO₂-Aerogelen

Projektpartner: Professorin Dr. Barbara Milow (DLR Köln); Professor Dr. Dirk Ziegenbalg (Universität Ulm)

Hier wird ein Gesamtkonzept für ein nachhaltiges und kostengünstiges Verfahren zur bedarfsgerechten Ammoniakerzeugung systematisch untersucht. Dazu wird eine Strategie erstellt, um nanostrukturierte Halbleiter (TiO₂-Aerogele) durch Lichtbestrahlung mit Elektronen zu laden und sie dort zu speichern. Diese geladenen Halbleiter werden dann im Dunkeln mit N₂ entladen, um katalytisch Ammoniak zu bilden. Dies ermöglicht eine bedarfsgerechte Produktion von Ammoniak zu jeder Zeit. Darüber hinaus wird ein Reaktorkonzept entwickelt, um diese On-Demand-Ammoniaksynthese zu untersuchen und dezentral durchzuführen. Dieser Reaktor ermöglicht eine Trennung von Lichtabsorption und der eigentlichen N2-Reduktion, was eine unabhängige Untersuchung der Reaktionsbedingungen für jeden Reaktionsschritt zulässt.

Elektro- und Photokatalytische N₂ Umwandlung mit Übergangsmetall-Chalkogeniden an 2D- und 3D-strukturierten Elektroden (NI-CONSTRUCT)

Projektpartner: Professor Dr. Andrea Balducci (Friedrich-Schiller-Universität Jena); Professorin Dr.-Ing. Christina Roth (Universität Bayreuth)

Ziel des vorliegenden Projekts ist die Etablierung geeigneter Elektroden/Elektrolyt-Kombinationen für die elektrokatalytische und photoelektrokatalytische Reduktion von N₂ (NRR). Insbesondere werden ionische Flüssigkeiten(IL)-basierte Elektrolyte, 3D-nanostrukturierte Elektroden und neuartige Katalysatormaterialien auf Basis von edelmetallfreien Chalkogeniden, die das natürliche Vorbild der katalytischen Zentren von Nitrogenasen nachahmen, untersucht. Dazu werden im Projekt neuartige ILs auch auf und in faserigen Strukturen immobilisiert, z.B. unter Verwendung des Elektrospinning-Ansatzes, und der Einfluss verbesserter 3-Phasen-Grenzen und verkürzter Diffusionswege für Edukt, Produkt und Ladungsträger auf die NRR-Leistung bestimmt.

Metalloxid-Polymer Nanokomposite

Fotokatalytisch aktive Membranen auf Spinnenseidenproteinbasis

Ab Mai 2023

Projektpartner: Prof. Dr. Thomas Scheibel (Universität Bayreuth), AMSilk GmbH, Audi AG

Project A03: Oriented growth and oriented transport of ions in aligned pores

In project A03, 2D hexagonally ordered, vertically aligned pore systems based on SiO₂ are used to systematically study the transport characteristics of ionic carriers in these highly anisotropic channels. Measurements of the proton transport and the catalytic activity of the 1D Co₃O₄ electrocatalyst materials produced therein will be fed back to the synthesis of the pore structures with the aim of investigating their influence on the transport of the respective ions.

​Project B02: Electron transfer in semiconductor electrodes with immobilized 3d metal complexes for photoelectrochemical water oxidation

Project B02 will develop and investigate a novel photoanode architecture for water oxidation. Tailor-made metal complexes will be immobilised as catalysts on highly active mesoporous semiconductor photoelectrodes. This will mediate the electron transport across the interfaces from the semiconductor to the complexes and the electrolyte, as well as the electrolyte transport in the channels of the pore system. Thus, electron transport is linked with mass transport inside the porous channels. Additional DFT calculations will yield information on the electronic coupling between the semiconductor-complex interfaces, and on the charge transport through the combined systems.