Elektrokatalyse für Alkoholoxidation, Ammoniakoxidation und organische Oxidationsreaktionen. Von der Katalysatorentwicklung zur organischen Elektrokatalyse

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Schuhmann
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Analytische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413163866

Bereits in der ersten Förderperiode der Forschungsgruppe "UNODE" haben wir vorgeschlagen, die Sauerstoffentwicklungsreaktion in Elektrolyseuren durch Oxidationsreaktionen zu ersetzen, bei denen ein verfügbarer Stoff in ein Produkt mit hoher Wertschöpfung umgewandelt wird. Das übergeordnete Ziel bleibt die Untersuchung von mit Elektrokatalysatoren modifizierten Elektroden für ungewöhnliche Anodenreaktionen. Die untersuchten Reaktionen werden jedoch von der Glycerin- und HMF-Oxidation auf Strategien und Mechanismen zur Umwandlung organischer Reaktanten zu Produkten von industrieller Bedeutung ausgedehnt, wobei der Schwerpunkt auf der Selektivität als dem wichtigsten Leistungsparameter liegt. Das Endziel ist ein Paradigmenwechsel organischen Reaktionen durch Elektronenaustausch an einer inerten Elektrodengrenzfläche, die chemische Folgereaktionen in der Lösung erfordern, zur spezifischen Adsorption organischer Moleküle auf Katalysatoroberflächen und zum Elektronentransfer im adsorbierten Zustand. Wenn dieser Ansatz erfolgreich ist, kann die Selektivität nicht nur über das angelegte Potenzial/den Strom, den Elektrolyten und die Konzentrationen, sondern auch über die Wechselwirkung mit den Katalysatormaterialien eingestellt werden. Dieses Konzept wird für die Elektrifizierung von organischen Syntheseprozessen von größter Bedeutung sein. Darüber hinaus wird die Elektrooxidation von NH3 zu NO, Nitrid und Nitrat in wässriger Lösung erforscht, ein neues Gebiet mit vermutlich erheblicher Bedeutung. Unter Berücksichtigung der Skalierbarkeit werden Synthesestrategien für neue Katalysatormaterialien entwickelt, insbesondere für komplexe feste Lösungen mit mehreren Elementen (Hochentropiematerialien). Die erhaltenen Elektrokatalysatoren werden auf Elektrodensubstraten wie Ni-Schaum oder Kohlenstoffgewebe immobilisiert und hinsichtlich Aktivität, Stabilität und Selektivität in einer zuvor entwickelten kleinen Durchflusselektrolysezelle für die Glycerinoxidation, Organo-Elektrosynthese und NH3-Oxidation bewertet. Die mit dem Katalysator modifizierten Elektroden werden von den Partnern des Konsortiums verwendet, und die erzielten Ergebnisse werden durch mechanistische Erkenntnisse aus der ATR-FTIR-Spektrochemie unterstützt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2982: UNODE - Ungewöhnliche Anodenreaktionen