CAMOCAT - Entwicklung neuer MOF-Kohlenstoffnitrid Hybridverbindungen für die photokataytische Reduktion von CO2 zu CO unter Fluss/Gasphase- und Kapillarkondensationsbedingungen

• Antragsteller: Dr. Patrick Nimax
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536994323

Photokatalysierte Reaktionen haben durch den Übergang zu einer grünen Gesellschaft und umweltfreundlichen Energiequellen an Interesse gewonnen. Angesichts der hohen Energiepreise, die die stark energieabhängige Chemieindustrie unter Druck setzen, sind alternative katalytische Ansätze für die Kraftstofferzeugung in den Mittelpunkt gerückt. Durch die direkte Nutzung der Sonnenenergie werden im Vergleich zu Elektrokatalyse teure Zwischenschritte vermieden. Kohlenstoffnitride (CN) haben kürzlich attraktive Eigenschaften in photokatalytischen Anwendungen für die Abfallbehandlung und die Kraftstoffherstellung gezeigt. Im Gegensatz zu Analoga wie Graphen, die in Bezug auf Struktur und Bandlücke vergleichbar sind, besitzen graphitische CNs eine geringe Porosität, die die Substratadsorption in der Katalyse behindert. Eine große Oberfläche ist jedoch für umweltrelevante Reaktionen wie die CO2-Reduktion in der Gasphase entscheidend. Heterojunction-Verbindungen mit Metallorganischen Gerüstverbindungen (MOFs) können einen positiven Beitrag zu sinnvollen photokatalytischen Anwendungen mit einer Vielzahl von Funktionen leisten. Die große Vielseitigkeit von MOF@CN-Kompositen bringt jedoch viele Faktoren mit sich, die sich auf die Photokatalyse auswirken und die mit diesem Vorschlag angegangen werden sollen. Ziel von CAMOCAT ist es, zu untersuchen, wie verbesserte MOF@CN-Komposite, die für die Anwendung in einer VIS-Licht-aktiven Heterojunction entwickelt wurden, bei der photokatalytischen CO2-Reduktion zur Gewinnung von CO in Durchfluss-/Gasphasenreaktoren unter sichtbarem Lichts undKapillarsolvatation funktionieren: 1)Modifizierung der MOF-Komponente mit funktionellen Gruppen, die die VIS-absorption und den Ladungstransfer an der Grenzfläche der Heterojunction verbessern, während gleichzeitig versucht wird, freie Radikale in der MOF-Komponente zu stabilisieren. 2)Verwendung mesoporöser CN-Materialien mit großer Oberfläche und gleichmäßigen Porengrößen, die durch chemical vapour deposition auf porösem Siliziumdioxid-Templat erreicht werden. Dieses wird anschließend entfernt, so dass mesoporöses CN mit Porendurchmessern von 10-200 nm für die MOF-deposition bleibt. 3)Nutzung von Kapillarsolvatation in Gasphasen-photokatalyse kann die katalytische Effizienz verbessern. Kapillarkondensation ist eine Funktion von Temperatur, Partialdruck und Porengröße. Über Modulation der CN-Porengröße durch Kontrolle der MOF-Schichtdicke können die Bedingungen für die Kapillarsolvatation so eingestellt werden, dass ein höherer Durchsatz bei höheren Drücken möglich ist. 4)Einsatz von MAS-NMR zur Identifizierung von Unterschieden bei der Deposition von MOF auf CN. Ergebnisse haben gezeigt, dass NMR eine effektive Methode zur Überprüfung der korrekten Ablagerung in MOF@CN ist. Ansätze ermöglichen eine vergleichende Studie für MOF@CN Komposite und die Entwicklung eines effizienten photokatalytischen Systems für CO2 Reduktion unter Gasphasen-Bedingungen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Italien, Spanien
• Gastgeber: Professor Dr.-Ing. Pedro L. Arias; Professor Dr. Davide Ravelli