Zweidimensionale kovalent-organische-Gitterstruktur-Beschichtung zur Steigerung der elektrokatalytischen Kohlenstoffdioxid-Reduktion (2D-PROM)

• Antragsteller: Dr. Paul Maurice Leidinger
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568869683

Ziel des 2D-PROM Projektes is es, ein atomar definiertes, zweidimensionales kovalent-organisches Gerüst (2D-COF) auf einer elektrokatalytisch aktiven Metalloberfläche zu synthetisieren. Dieses übernimmt die Funktion eines Oberflächen-Promotors für die Kohlenstoffdioxid-Reduktion zu Kohlenstoffmonoxid unter sauren Bedingungen und unabhängig von Ionen in dem Elektrolyten. Die industrielle Implementierung der elektrochemischen Kohlenstoffdioxid-Nutzung ist zur Zeit durch vielfältige Hindernisse noch nicht realisierbar. Für die Reduktion zu Kohlenstoffmonoxid wurde die ideale Kombination von Katalysator, Elektrolyt und Reaktions-pH noch nicht gefunden. Um diese Lücke anzugehen, will ich die 2D-PROM Studie durchführen, die ein katalytisches Modellsystem mit den Methoden der grundlegenden Elektrochemie und Oberflächenchemie untersucht. Ich beabsichtige, eine katalytische Struktur aus Metallsubstrat (Silber) mit einer atomar flachen 2D-COF Struktur zu bedecken, die pH-abhängig protonierte Imin-Gruppen enthält. Es wird erwartet, dass dieses System eine hohe Aktivität bezüglich der elektrolytischen CO2-Reduktion aufweist, indem es die relevante Reaktionsübergangsstruktur stabilisiert und gleichzeitig die Nebenreaktion zu Wasserstoff unterdrückt. Die einzelnen Strukturen (Metall oder 2D-COF) sind dabei inaktiv unter den Bedingungen, die für eine industrielle Nutzung dieser Reaktion relevant sind, nämlich bei niedrigem pH und in der Abwesenheit von metallischen Elektrolyt-Kationen. Dieser Kontrast aus individuell inaktiven und zusammengefügt aktiven Spezies erzeugt ein Modellsystem, welches für eine Aktivitätsmaximierung eingestellt werden kann, aber auch essenzielle Einblicke in die grundlegenden Mechanismen der elektrokatalytischen Aktivität und Stabilität gibt. Dieses interdisziplinäre Projekt kombiniert Vorwissen des Antragstellers und der Gastgebergruppe zu einer neuartigen Fragestellung, die wissenschaftlich und industriell relevant ist und den Start einer unabhängigen akademischen Karriere einläutet.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Gastgeber: Professor Dr. Jeppe Vang Lauritsen, Ph.D.