Hybride Photoelektroden für die selektive Reduktion von CO2 zu solaren Brennstoffen

• Antragsteller: Professor Dr. Nicolas Plumeré
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501734070

Die solargetriebene CO2-Reduktion zu C1-Verbindungen ist der direkteste Weg zur nachhaltigen Herstellung von Chemikalien und Kraftstoffen. Die Anwendung molekularer Katalysatoren für die Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie ist jedoch noch nicht ausgereift, obwohl wir Zugang zu molekularen Katalysatoren für die effiziente CO2-Reduktion und zu Hochleistungs-Photoelektroden für die lichtgesteuerte Bereitstellung der erforderlichen energiereichen Elektronen haben. Bei entsprechender Nutzung könnte die Kombination solcher molekularer Katalysatoren und Photoelektroden nachhaltige Lösungen für die Kohlenstoffnutzung und die fossilfreie Energieerzeugung bieten. Zwei wesentliche Engpässe behindern jedoch die Anwendungen von hybriden Photoelektroden: 1. Die Photoströme liegen oft weit unter den Werten, die aufgrund der intrinsischen Eigenschaften des Katalysators und der Photoelektrode zu erwarten sind, weil die Grenzfläche mit der Halbleiterkomponente die Eigenschaften des Katalysators beeinträchtigt oder durch einen langsamen Ladungstransfer an der Grenzfläche begrenzt ist. 2. Die Selektivität bei der CO2-Umwandlung wird häufig durch die lokale Umgebung des Katalysators beeinflusst (lokale pH-Werte, Gradienten der CO2-Konzentration, Permittivität des umgebenden Mediums, Potentialgradienten). Das Projekt HYPHE-C1 wird sich mit beiden Engpässen befassen: Unser übergeordnetes Ziel ist die gleichzeitige Maximierung der katalytischen Raten und der Produktselektivität durch die Integration des Katalysators auf einer Photoelektrode mittels elektronenleitender Matrizen, um letztendlich eine hocheffiziente, lichtgetriebene CO2-Reduktion zu CO, Formaldehyd und Methanol zu erreichen, wobei der Reduktionsprozess von 2 auf 6 Elektronen gesteuert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Schweiz
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency; Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Fabrice Odobel, Ph.D.; Professor Dr. Marc Robert; Professor Dr. David Tilley