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Projekt
Selektivitätskontrolle unter Bedingungen dynamischer CO2 Elektroreduktion
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Olaf Magnussen; Professorin Dr. Beatriz Roldan Cuenya
Fachliche Zuordnung
Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
Analytische Chemie
Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
Analytische Chemie
Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406944504
Die Elektroreduktion von Kohlenmonoxid (CO2RR) an Cu-basierten Elektrokatalysatoren kann signifikante Ausbeuten höherer Kohlenwasserstoffe und Alkohole (C2+ Produkte) liefern und eröffnet so einen vielversprechenden Weg zur Erzeugung wertvoller Grundchemikalien und Treibstoffe. Dynamische (potentialmodulierte) CO2RR ist hier von aktuellem Interesse, da so periodisch eindeutige Katalysatorzustände und –morphologien in situ (re)generiert werden können. Dies eröffnet Möglichkeiten zur Beeinflussung von Produktselektivität und zur Wiederherstellung vergifteter Katalysatoroberflächen. Allerdings sind Katalysatorzustand und die Mechanismen dynamischer CO2RR noch genauer zu klären.Wir werden die Erhöhung der CO2RR Selektivität für C2+ Produkte durch dynamische Reaktionsbedingungen erforschen. Optimale Bedingungen dafür werden wir durch elektrokatalytische Messungen und Untersuchungen mittels zeitauflösender operando Methoden ermitteln und den Einfluss der potentiodynamischen Parameter (Pulsform, -bereich, -periode) auf die Selektivität klären. Durch Variation des anodischen Potentials (zu oxidierenden und nicht-oxidierenden Bedingungen) und des Zeitbereichs (von ms bis Stunden) sind unterschiedliche Modifikationen des Elektrodenzustands möglich, z.B. von Oberflächenladung, Redoxzustand und Oberflächenmorphologie. Wir werden klären, wie sich so die Entwicklung der C2+ Selektivität verbessern lässt und Vergiftungseffekten entgegengewirkt werden kann. Außer reinen Cu Katalysatoren (Cu2O nanocubes, Cu Einkristalle) werden wir auch solche studieren, die mittels eines Sekundärmetalls (Ag, Au, Zn) dekoriert wurden. Zudem werden wir die selektive Promotion/Inhibition mechanistischer Pfade durch chemische Spezies (Alkalikationen, Halogenidanionen) erforschen. Für beide Fälle wurde eine Erhöhung der C2+ Selektivität unter potentiostatischen Bedingungen gezeigt, welches wir hier für den potentiodynamischen Fall klären wollen. Zum verbesserten Verständnis dieser Effekte werden wir die potentialabhängigen Adsorptionsgeometrien und Oberflächenkonzentrationen der involvierten Spezies (Zwischenprodukte, Inhibitoren/Promotoren) sowie deren Einfluss auf die Cu Struktur untersuchen. Dafür werden das FHI und CAU Team ihre komplementäre Expertise in operando Verfahren einsetzen, die verschiedene spektroskopische (Raman, XAS), Röntgenstreungs- (Pulver- und Oberflächenbeugung) und Mikroskopiemethoden (STM/AFM) beinhaltet. Dies wird zu umfassenden Einsichten in die Katalysatorstruktur, Adsorptionsgeometrie wichtiger Zwischenprodukte und oberflächenaktiver Spezies sowie die dynamischen Änderungen der Katalysatoreigenschaften führen. Diese werden wir direkt mit Daten zur katalytischen Aktivität und C2+ Selektivität korrelieren. Zusätzlich wird die FHI Gruppe das erzielte Verständnis auf Elektrolyse-Flusszellen übertragen. Insgesamt werden wir damit signifikant zum grundlegenden Verständnis von C2+ Bildung in der CO2RR beitragen, speziell unter potentiodynamischen Bedingungen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
