CO2 Chemisorption und katalytische C-C Kupplung zu hochwertigen Produkten an asymmetrischen Cu-basierten 2D Dünnschicht-Elektrokatalysatoren

• Antragstellerin: Dr. Liang Liang
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511496123

Ziel der deutschen Energiewende ist die Senkung der netto Emission von Kohlenstoffdioxid (CO2) um 95% und die Steigerung des Anteils erneuerbaren Energien um 60% bis 2050. Um diese Ziele zu erreichen, ist die direkte elektrochemische Umwandlung von CO2 eine vielversprechende Technologie. Die aktuelle Effizienz der katalytischen CO2 Reduktion ist jedoch immer noch ziemlich niedrig und benötigt ein neues fundamentales Verständnis der katalytischen Prozesse an den Grenzflächen. Verbesserte Cu basierende Elektrokatalysatoren für die Produktion von kohlenstoffhaltigen Produkten sind eine Priorität. In diesem Projekt werden wir die kontrollierte asymmetrische, atomare Oberflächen von Cu basierten 2D Dünnschicht Katalysatoren erklären unter Anwendung von neuen dotier Strategien. Wir werden an ihnen den Einfang und die selektive Elektroreduktion von CO2 zu C2 Produkten erforschen. Unsere Arbeitshypothesen sind: 1) Oberflächen Modifizierung hilft Cu basierten 2D Dünnschicht Elektrokatalysatoren den Einfang und die Reaktivität, 2) Dotierung der Oberfläche sorgt für asymmetrische Seiten in Cu basierten 2D Dünnschicht Elektrokatalysatoren , welche die elektronische Struktur von CO2 absorbierenden Seiten reguliert und dadurch in einem ungewöhnlichen Absorptionsverhalten resultiert, 3) solche asymmetrischen Seiten fungieren darüber hinaus als aktive Stellen von den Cu basierten 2D Dünnschicht Elektrokatalysatoren, welche die Dipol-Dipol Interaktion benachbarter C1 Intermediate verbessern, selektiv die C-C Kupplung fördern und dadurch die CO2 Reduktion zu C2 Treibstoffen beflügeln. Um unsere Hypothese zu testen und zu validieren, werden wir neue fortschrittliche Charakterisierungsmethoden verwenden, wie in situ elektrochemische Fourier transformierte Infrarot Spektroskopie (FTIR), operando differentielle elektrochemische Massen Spektrometrie (DEMS), CO2 Absorption Isothermen, CO2 Temperatur-programmierte Desorption (TPD), und Dichtefunktionaltheorie (DFT) Berechnungen. Die Kombination der verschiedenen Techniken wird das Absorptions und Aktivitäts Verhalten von asymmetrischen atomaren Oberflachen in Cu basierten 2D Dünnschicht Elektrokatalysatoren, besonders die C-C Kupplung offenlegen und eine Optimierung des Reaktionsprozessen ermöglichen. Insgesamt wird das Projekt fundamentale und praktische neue Erkenntnisse in asymmetrische Atomare Oberflächen für Chemisorption und selektive Elektroreduktion von CO2 beinhalten und dadurch einen wichtigen Beitrag zu Realisierung effizienter CO2 Reduktion zu C2 Treibstoffen in der Zukunft leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen