Aufklärung der Metall-Träger Wechselwirkung von Cu mit Reduzierbaren Metalloxiden bei der CO2 Hydrierung durch Verwendung von wohldefinierten Oberflächenmodellen

• Antragsteller: Professor Dr. Deven Estes
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444948747

Die Hydrierung von CO2 (aus Klima-neutrale Quellen) zu Methanol mit grüner Energie ist ein vielversprechender Weg für die Produktion erneuerbarer Treibstoffe. Die Aktivitäten der existierenden katalytischen Systeme (normalerweise Cu-Nanopartikel auf reduzierbaren Metalloxiden, wie ZnO oder ZrO2) reichen jedoch nicht für einen derartigen industriellen Prozess aus. Das Problem liegt möglicherweise an einer zu niedrigen Anzahl von aktiven Zentren an der Katalysatoroberfläche. Solche aktiven Zentren entstehen aus einer starken Metall-Träger-Wechselwirkung (SMSI: Strong Metal-Support Interaction) und bestehen aus reduzierten Zn- oder Zr-Zentren in der Nähe von Cu-Defekten. Die Kenntnis dieser Wechselwirkung ist wichtig für eine Verbesserung dieser Katalysatoren. Wenn wir die Metall-Träger-Wechselwirkung verstehen, können wir die Anzahl der aktiven Zentren und damit die Aktivität vergrößern. Der vorliegende Antrag beinhaltet die Entwicklung und Herstellung von wohl definierten Modellen für potentiellen aktiven Zentren (homogen und auf Metalloxidoberflächen), mit denen die Metall-Träger-Wechselwirkung in diesen Katalysatoren detailliert untersucht werden können. Im ersten Teil wird die elektrokatalytische Aktivität für die CO2-Reduzierung von Komplexen mit Zr-O-Zr-Brücken (als Modelle für H-Spillover auf ZrO2) untersucht. Danach werden reduzierte Zn- und Zr- Zentren auf den Oberflächen von ZnO und ZrO2 durch „Methoden der Metallorganischen Chemie auf Oberflächen“ synthetisiert und mit DRIFTS und TPR-MS untersucht. Im dritten Teil werden die Reaktionen von ZrO2 und ZnO mit Modellen eines Cu-Nanopartikels, wie des Stryker’s Reagenz [HCu(PPh3)]6, mit und ohne CO2 getestet. Abschließend werden die zuvor entwickelten Methoden verwendet, um aktive Zentren auf den Oberflächen bekannter Katalysatoren zu synthetisieren, d.h. es soll die Strategie der „Aktiven Zentren-Anreicherung“ (ASE: Active Site Enrichment) angewendet werden. Mit dieser Methode wird es möglich, die Anzahl der aktiven Zentren sowie auch die Aktivität bekannter Katalysatoren durch eine einfache post-synthetische Behandlung zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen