Bottom-up-Katalysatordesign für die elektrochemische CO2-Reduktion durch Multimaterial-3D-Druck von Metallen im Mikro- und Nanomaßstab

• Antragsteller: Dr. Dmitry Momotenko
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528084749

Atmosphärische CO2-Emissionen stellen weltweit eine ernsthafte Bedrohung dar, die sofortiges Handeln erfordert, um die Auswirkungen des Klimawandels abzumildern. Die elektrochemische CO2-Reduktion ist wahrscheinlich einer der effizientesten Wege, um diese Herausforderung anzugehen, da sie im Prinzip ermöglichen sollte, atmosphärisches CO2 in Wertprodukte zu recyceln, indem elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen verwendet wird. Um sich der Wirtschaftlichkeit anzunähern, erfordert dies neue katalytische Materialien, die in der Lage wären, wertvolle Chemikalien (Kohlenwasserstoffe, Alkohole usw.) mit einer Kette von zwei oder mehr Kohlenstoffatomen zu erzeugen. Effiziente und selektive (elektro)katalytische Materialien mit hohem Durchsatz werden dringend benötigt, um dieses Ziel zu erreichen. In diesem Projekt werden neue unkonventionelle elektrokatalytische Grenzflächen zur CO2-Reduktion entwickelt und untersucht. Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung einer Hypothese, dass räumliche Begrenzung und Bimetalleffekte zusammen eine höhere Selektivität der elektrochemischen CO2-Umwandlung zu Chemikalien mit hohem Mehrwert ermöglichen sollten. Während es bereits überzeugende Literaturbeweise dafür gibt, dass dieser Ansatz das Potenzial für dieses Versprechen hat, gibt es derzeit keine Synthesemethoden, die die gewünschte geometrische Komplexität und Materialverteilung ermöglichen, um eine systematische Untersuchung dieses Konzepts in der CO2-Reduktionskatalyse zu ermöglichen. In diesem Projekt wird eine neue mikro- und nanoskalige 3D-Drucktechnologie entwickelt, um diese Herausforderung beim Katalysatordesign anzugehen. Basierend auf einem Konzept der meniskusbegrenzten Nanofabrikation, die in der Lage ist, vollständig dichte metallische Merkmale mit Abmessungen von bis zu zehn und hundert Nanometern (höhere Auflösung als herkömmliche additive Fertigung um 3 Größenordnungen) zu erzeugen, wird diese neue Technologie Möglichkeiten eröffnen, mehrere zu integrieren Materialien in einer einzigen Struktur. Auf diese Weise hergestellte bimetallische Cu-Au-Katalysatoren ermöglichen eine systematische Untersuchung der übergreifenden Hypothese, dass dreidimensionale bimetallische Strukturen für eine spezifische Produktverteilung fein abgestimmt werden können, indem drei wesentliche Variablen variiert werden: die chemische Zusammensetzung, das Gesamtdesign, und die geometrische Begrenzung (Abstand) zwischen einzelnen katalytischen Komponenten der gesamten Grenzfläche.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen