Hybride Interfaces für die photoelektrochemische CO2-Konversion

• Antragsteller: Dr. Jérôme Chauvin, Ph.D.; Professor Dr. Anders Hagfeldt; Dr. Matthew Mayer, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428712064

Die Nutzung von Sonnenlicht zur Umwandlung von Kohlendioxid (CO2) in wertvolle Produkte stellt einen regenerativen Weg zur Synthese von Chemikalien und Kraftstoffen dar. Photoelektrochemische Ansätze kombinieren dabei die Lichtabsorption mit der katalytischen Umwandlung in einer einzigen integrierten Vorrichtung, welche gelegentlich auch als "künstliches Blatt" genannt. In Analogie zu den Blättern grüner Pflanzen können sie energiereiche Chemikalien ausschließlich über Sonnenlicht, Wasser und CO2 erzeugen. Eine verbleibende Herausforderung für die erfolgreiche technische Umsetzung dieser Methode besteht darin, hohe Selektivitäten bezüglich eines gewünschten Produkts und hohe Wirkungsgrade bei der Umwandlung von Solarenergie zu erhalten. Photoelektrochemische Systeme zur CO2-Reduktion (CO2R) auf Basis von anorganischen Halbleitern und Katalysatoren bieten interessante neue Möglichkeiten, um katalytische Mechanismen zu verstehen und zu kontrollieren, da sie Grenzflächeneffekte nutzen, die sich grundlegend von rein metallischen Katalysatoren unterscheiden. Im Gegensatz zu metallischen Elektrokatalysatoren ermöglichen Halbleiter-Photoelektroden eine Entkopplung von Reaktionsrate und Überspannung. Die Rate kann durch die Beleuchtungsstärke gesteuert werden, während die Überspannung eine Funktion der elektronischen Struktur des Halbleiters ist. Dieses Konzept eröffnet eine neue Herangehensweise zur Untersuchung der Selektivität und Effizienz der mehrstufig ablaufenden, photoelektrochemischen CO2R zu den zahlreichen, unterschiedlichen Produkten. Wir werden p-Typ Photoelektroden auf Basis von Kupferoxid mit unterschiedlichen elektronischen Strukturen in Kombination mit molekularen Elektrokatalysatoren einsetzen, um den Einfluss der hybriden organisch-anorganischen Grenzfläche auf die Reaktionsselektivität und -effizienz im Detail zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Schweiz
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency; Schweizerischer Nationalfonds (SNF)