Entwicklung von hybriden Einzelatom Photokatalysatoren basierend auf Graphen Quantenpunkten und 2D-Materialien für die Umwandlung von Sonnenenergie

• Antragsteller: Professor Dr. Mischa Bonn, seit 6/2023; Professor Dr. Bernd Smarsly
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514772236

Die Notwendigkeit, die anthropogenen CO2-Mengen in der Atmosphäre zu reduzieren, ist heutzutage eines der dringendsten Probleme, denen wir uns als globale Gemeinschaft stellen müssen und das wir nicht weiter verzögern können. Es wird deutlich, dass seine Speicherung keine langfristige Lösung darstellen kann. Andererseits ist die Umwandlung von CO2 in wertvolle Chemikalien (sogenannte Solarbrennstoffe) bereit, das vielversprechendste Instrument zur Reduzierung schädlicher Emissionen zu werden. In diesem Projekt werden wir uns direkt von der Natur inspirieren lassen, um künstliche photosynthetische Technologien zu entwickeln, um Reaktionen von Sonne zu Brennstoff durchzuführen, wobei wir nur auf niedrigdimensionale Materialien als konstituirende Bausteine ​​zurückgreifen. Der jüngste Aufstieg von Nanomaterialien wie Graphen-Quantenpunkten, 2D-Materialien und Einzelatomkatalysatorsystemen (SAC) hat aufgrund der einzigartigen (opto-)elektronischen Eigenschaften und Dimensionalitäten völlig neue Werkzeuge zur Verfügung gestellt, um den lichtgetriebenen, herausfordernden Multielektronen- und Multiprotonen-CO2-Reduktionsprozess anzugehen. In diesem Projekt wollen wir einige grundlegende Fragen beantworten, die den Kern von Photokatalysatoren für die Optimierung der CO2-Reduktion bilden: i) Wie kann die Trägerrekombination an der Lichtabsorptionsstelle des Systems unterdrückt werden? ii) wie man die Lebensdauer der getrennten Ladungen verlängert, um das katalytische Zentrum zu erreichen; iii) wie CO2 effizient und selektiv in Zielchemikalien wie leichte Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden kann. Diese bahnbrechende Technologie, die sich durch intrinsisch niedrige Produktionskosten und vielseitiges Design auszeichnet, wird mit hybriden photokatalytischen Systemen demonstriert, mit dem Mehrwert, dass sie von der quasi unendlichen Verfügbarkeit der Sonne angetrieben werden. Das Erreichen dieser ehrgeizigen Ziele wird dazu beitragen, eine zukünftige nachhaltige und emissionsfreie Energielandschaft in unseren Ländern zu gestalten, die durch Nanotechnologie ermöglicht wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Japan
• Kooperationspartner: Dr. Akimitsu Narita
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Hai Wang, bis 6/2023