CO/CO2-unterstütze elektrochemische Stickstoffentfernung zur Synthese von Harnstoff unter Verwendung von industriellen Abwässern

• Antragstellerin: Xingli Wang, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542167515

Das Ziel dieses Projekts ist eine skalierbare und selektive elektrochemische Synthese von Harnstoff (NH2CONH2) durch die Kombination von konventioneller Kohlenstoffdioxid/Kohlenstoffmonoxid-Reduktion und Stickstoffentfernung. Wir postulieren einen neuartigen Heteroatom (C-N) -Kopplungsweg während der Ko-Elektrolysereaktion in einer energetisch günstigen Umgebung. Im ersten Schritt wird ein formselektiver (Hybrid-)Katalysator auf Kupferbasis synthetisiert und umfassend charakterisiert. Elektrochemische Tests unter verschiedenen Bedingungen werden untersucht, um hierdurch eine chemische Umwandlung mit erhöhter Produktselektivität und Stabilität in der Ko-Elektrosynthese zu ermöglichen. Eine Kombination aus in situ flüssigelektrochemischer Transmissionselektronenmikroskopie und in situ Weitwinkel-Röntgenstreuungsmessungen wird eingesetzt, um die Strukturveränderungen, die der Katalysator in den verschiedenen Reaktionsstadien durchläuft, aufzudecken. Darüber hinaus werden die Onset-Potentiale, die Produktbildung in Echtzeit und die Herkunft des Hauptprodukts durch operando Differentiale Elektrochemische Massenspektrometrie (DEMS) bestimmt. Insgesamt beinhaltet dieser Antrag mehrere Forschungsziele, angefangen von der Auswahl geeigneter Elektrokatalysatoren für die Harnstoffsynthese, über die Aufdeckung der Struktur-Reaktivitäts-Selektivität mittels in situ Messtechniken, bis hin zur Optimierung der experimentellen Bedingungen für die Gasdiffusionselektroden im Durchflusselektrolyseur für technologisch relevante Stromdichten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen