Photoflow-Reaktordesign für Hydrogele - auf dem Weg zu einer skalierbaren edelmetallfreien lichtgetriebenen Wasserstoffentwicklung (T01#)

• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 364549901

Während der ersten beiden Förderphasen von CATALIGHT wurden verschiedene weiche Matrizen erfolgreich sowohl für lichtgetriebene Wasserstoff- (HER) als auch für Sauerstoffentwicklungsreaktionen (OER) untersucht. Hierbei sind polyampholytische Hydrogele sehr attraktiv, da sie sowohl eine einfache Beladung mit katalytisch aktiven Bausteinen, die Reparatur degradierter Katalysatoren, als auch eine unkomplizierte Handhabung ermöglichen. Darüber hinaus ermöglicht ihre transparente Beschaffenheit die Anwendung verschiedener Charakterisierungsmethoden für mechanistische Studien und zur Aufklärung von Degradationsmechanismen. Ziel dieses Transferprojekts ist es, gemeinsam mit dem Industriepartner Redeem Solar Technologies geeignete Photoreaktoren für die oben genannten Hydrogele zu entwickeln. Dazu wird die etablierte Plattform der Durchfluss-Photoreaktoren, die derzeit vor allem für homogene oder heterogene Systeme eingesetzt wird, so modifiziert, dass Hydrogele effizient perfundiert werden können, die Menge des erzeugten Wasserstoffs quantifiziert werden kann und die in operando-Analytik mit Partnern innerhalb von CATALIGHT die Überwachung von Degradationsprozessen, eventuellem Leaching oder Reparaturstrategien ermöglicht. Hinsichtlich der Kombination von Katalysator/Sensibilisator, die in die Hydrogele eingebracht werden soll, werden wir mit dem gut etablierten [Mo3S13]2- / [Ru(bpy)3]2+-System als Benchmark beginnen, aber von Anfang an auch zu kürzlich etablierten edelmetallfreien Sensibilisatoren auf Rylenbasis übergehen. Neben der Entwicklung von Photoreaktoren für katalytisch aktive Hydrogele wird in diesem Projekt auch die Skalierbarkeit dieses Ansatzes durch den Einsatz von Photoreaktoren unterschiedlicher Größe und Bestrahlungsgeometrie bewertet und untersucht, welche Wasserqualität (z. B. unter Berücksichtigung der Ionenstärke und der Anwesenheit von Salzen als Modellschadstoffe) für die gewünschten Reaktionen verwendet werden kann. Damit werden wir zum einen das Portfolio der auf dem Markt befindlichen Photoreaktoren (Redeem) erweitern, aber auch die Skalierbarkeit von Hydrogel-basierten Weichstoffmatrizen innerhalb von CATALIGHT evaluieren und eine Blaupause für Photoreaktoren für verschiedene Projekte innerhalb von CATALIGHT liefern.

• DFG-Verfahren: Transregios (Transferprojekt)
• Teilprojekt zu: TRR 234: Lichtgetriebene molekulare Katalysatoren in hierarchisch strukturierten Materialien – Synthese und mechanistische Studien
• Internationaler Bezug: Österreich
• Antragstellende Institution: Friedrich-Schiller-Universität Jena
• Mitantragstellende Institution: Universität Ulm
• Unternehmen: Reedem Solar Technologies GmbH
• Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter: Professor Dr. Benjamin Dietzek-Ivansic; Professorin Kalina Peneva, Ph.D.; Professor Dr. Felix H. Schacher