Synergistische Metalloxid-/Metalloxyhydroxid-Elektrokatalysatoren zur Konversion von Lignin zu aufgewerteten Produkten

• Antragstellerin: Dr. Dandan Gao
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510966757

Als eine der weltweit verfügbaren Biomassen ist Lignin ein idealer und wichtiger Rohstoff für die nachhaltige Herstellung von Kraftstoffen, Massen- und Feinchemikalien, insbesondere aromatischen Verbindungen. Aufgrund seiner strukturellen Komplexität und seiner chemischen Eigenschaften ist die selektive Umwandlung von Lignin eine Herausforderung und erfordert oft harsche Bedingungen, z.B. hohe Temperaturen und hohen Druck. In diesem Projektantrag schlägt die Antragstellerin die Entwicklung moderner elektrochemischer Oxidationsmethoden vor, die robuste Nichtedelmetall-Elektrokatalysatoren verwendet um Lignin in elektrochemischen Durchflussreaktor selektiv zu oxidieren. Es wird erwartet, dass dies zu einem umweltfreundlichen und skalierbaren Ligninumwandlungsverfahren unter milden Bedingungen mit hoher Selektivität, Effizienz und Ausbeute führen wird. Das Projekt kombiniert Konzepte, die von der Elektroden-/Katalysatoren-Entwicklung bis hin zur Materialintegration in Reaktoren reichen. Tiefgehendes Verständnis über die ablaufenden Reaktionsprozesse werden mit Hilfe physikochemischer in-situ-Analysemethoden entwickelt. Darüber hinaus wird dieses Projekt das Fachwissen der Antragstellerin auf dem Gebiet der physikalischen elektrokatalytischen mechanistischen Studien und der Katalysatorentwicklung mit dem Fachwissen der Gastgebergruppe auf dem Gebiet der organischen Elektrosynthese zusammenführen. Konkret wird die Antragstellerin gemischte bimetallische Metalloxide oder Metall-Oxo-Hydroxide auf porösen 3D-Metallschäumen durch einfache nasschemische, elektrochemische oder hydrothermale Abscheidungsmethoden immobilisieren. Dies wird zu einer stabilen mechanischen und elektrischen Verbindung zwischen Katalysator und Elektrode führen. Die Variation der Zusammensetzung und der Nanostrukturen der Katalysatoren wird die Untersuchung des bimetallischen Synergismus ermöglichen, was auch die Kontrolle/Optimierung der elektrochemischen Leistung in Bezug auf Reaktivität, Haltbarkeit und Selektivität erleichtern wird. Die Integration der Elektroden in maßgeschneiderte Durchflusselektrolyseure und Trennvorrichtungen wird eine bessere Kontrolle der Umwandlung ermöglichen und eine Überoxidation der Zielprodukte im Dauerbetrieb vermeiden. Das System wird durch elektrochemische in-situ-/Operando-Studien analysiert werden, um Einblicke in die Elektrodenleistung unter elektrokatalytischen Bedingungen zu gewinnen. Insgesamt wird dieses Projekt einen neuen Weg für eine effiziente und selektive Ligninumwandlung durch eine neuartige elektrochemische Oxidationstechnik eröffnen, die fortschrittliches Katalysator-/Elektrodendesign, skalierbare Materialintegration in Durchflusselektrolyseure und physikochemische mechanistische Untersuchung durch In-situ/operando-Methoden umfasst.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle