Anodische Oxidation von Alkoholen und N2 durch Optimierung aktiver katalysatormodifizierter Elektroden

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Corina Andronescu
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413163866

Die Suche nach einer anodischen Oxidationsreaktion, welche die Sauerstoff-entwicklungsreaktion (OER) ersetzen kann, ist das Hauptziel von TP9, wobei der Schwerpunkt auf der N2-Oxidation (N2Ox) und der Elektrooxidation von Alkohol (Glycerin - GOR und Solketal - SOR) liegt. Um die Umwandlung zu fördern, ist nicht nur der Katalysator, sondern auch die Elektrodenstruktur wichtig. Die Aktivierung des N2-Moleküls ist aufgrund der hohen Stabilität der Dreifachbindung eine große Herausforderung. In diesem Projekt werden wir die direkte elektrochemische Oxidation von N2 zu NOx-Verbindungen als umweltfreundliche Alternative zum Ostwald-Prozess erforschen, wobei wir die in den Konsortien entwickelten Elektrokatalysatormaterialien verwenden. Bei der Aktivierung von N2 in wässrigen Elektrolyten ist die Wasserspaltung häufig der dominierende Prozess, was zu einer geringen Umwandlung von N2 führt, was sich in den niedrigen gemeldeten Wirkungsgraden für die N2-Elektrooxidation widerspiegelt. Daher werden im Rahmen des Projekts Gasdiffusionselektroden entwickelt, um einen erhöhten Massentransport von N2 zu fördern und gleichzeitig den Zugang von Wasser zur Katalysatorschicht zu kontrollieren und somit die konkurrierende Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) zu unterdrücken. Die Abstimmung der Hydrophobizität der Elektrode unter Verwendung verschiedener Ionomere oder Polymere wird erforscht, um N2Ox gegenüber OER zu fördern. Ein tieferes Verständnis des Reaktionsmechanismus wird für ausgewählte Katalysatoren durch DEMS-Studien und ATR-IR (Zusammenarbeit mit TP7) sowie durch theoretische Berechnungen (Zusammenarbeit mit TP11) erreicht werden. Die in der vorangegangenen Förderperiode durchgeführte Forschung zur Elektrooxidation von Glycerin wird ebenfalls fortgesetzt, wobei die in der ersten Förderperiode identifizierten Katalysatoren verwendet werden. Ziel ist es, zu verstehen, wie die Elektrodenstruktur genutzt werden kann, um eine hohe Stromdichte zu erreichen. Wir werden auch die Abstimmbarkeit in Bezug auf die Hydrophobizität/Ionenleitfähigkeit der mit dem Katalysator beschichteten Elektroden durch Zugabe von PTFE und/oder Ionomeren untersuchen, um deren Einfluss auf die GOR zu klären. Die Auswirkungen der Elektrolytzusammensetzung (z.B. pH-Wert) und des angelegten Potenzials auf die GOR werden untersucht. DEMS wird hier auch eingesetzt, um den Wettbewerb GOR-OER mit Hilfe eines Protokolls zu untersuchen, das bereits in der ersten Förderperiode entwickelt wurde. Dieser Ansatz wird die in-situ-Quantifizierung von O2 und anderen möglichen GOR-Zwischenprodukten ermöglichen. Ziel ist es, eine optimale GOR-Aktivität und Selektivität zur Bildung von Mehrwertprodukten zu erreichen. Darüber hinaus werden die Aktivitäten im Zusammenhang mit der Solketal-Elektrooxidation (SOR), die in der ersten Förderperiode begonnen wurden, fortgesetzt, da diese Reaktion eine höhere Selektivität für die Bildung des wertvollen Produkts Glycerat ergab.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2982: UNODE - Ungewöhnliche Anodenreaktionen
• Großgeräte: Ion chromatograph
• Gerätegruppe: 1350 Flüssigkeits-Chromatographen (außer Aminosäureanalysatoren 317), Ionenaustauscher