SPP 1613:  Regenerativ erzeugte Brennstoffe durch lichtgetriebene Wasserspaltung: Aufklärung der Elementarprozesse und Umsetzungsperspektiven auf technologische Konzepte

• Fachliche Zuordnung: Chemie ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Physik ; Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 198634447

Das Konzept dieses Schwerpunktprogramms reicht von der grundlegenden Erforschung von Elementarprozessen der katalytischen Wasserspaltung durch Licht- oder Dunkelreaktionen bis zur wissenschaftsbasierten Einschätzung und Aufstellung von Engineering-Strategien von technologischen Umsetzungsperspektiven. Ziel ist die Zusammenführung von Halbleitern für Lichtabsorption und Ladungstrennung mit elementaren und biomimetischen Katalysatoren für die O2- und die H2-Reaktion. Die einzelnen Forschungsthemen sollen in diesem Konzept Synergien aus der Zusammenführung verschiedener Expertisen und Ansätze ermöglichen. Eine Ausrichtung auf technologisch umsetzbare Konzepte sollte Konsens der beteiligten Arbeitsgruppen sein. Solare Wirkungsgrade über zehn Prozent (Solarstrahlung zu H2) erscheinen mittelfristig realistisch und sollten daher im Prinzip in den verfolgten Vorhaben realisierbar sein. Ansätze, die in den nächsten Jahren derartige Wirkungsgrade nicht erwarten lassen oder die in den wissenschaftlichen Fragestellungen zu divergent sind, werden in diesem Projekt nicht berücksichtigt. Dazu gehören molekulare oder biomimetische Ansätze für die Primärprozesse der Lichtabsorption und Ladungsträgertrennung (in Analogie zur biologischen Photosynthese). Ebenso werden Forschungsaktivitäten zu lediglich stromgenerierenden Solarzellen hier nicht verfolgt. Zu diesen Fragestellungen gab und gibt es auch bereits intensive Forschungsanstrengungen. Aus Gründen der Kohärenz dieses Schwerpunktprogramms wollen wir uns auf die folgenden miteinander vernetzten Forschungsthemen konzentrieren: Photoelektrochemie (PEC), Photokatalyse (PC) und Elektrokatalyse (EC), die zu artifiziellen Photosynthese-Modellsystemen (PS) zusammengeführt werden. Zusätzlich sollen spezielle theoretische und experimentelle Methoden zur Charakterisierung entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Dänemark

Projekte

• A monolithic all-silicon multi-junction photovoltaic electrolysis device for solar hydrogen production by direct water splitting (Antragsteller Berghoff, Birger )
• Coordination Funds (Antragsteller Jaegermann, Wolfram )
• Development of catalysts, namely manganese oxides and molybdenum sulphides, for an implementation in a light-driven water-splitting device using a multi-junction solar cell (Antragsteller Dau, Holger ;  Fiechter, Sebastian ;  Kurz, Philipp )
• Development of optimum bandgap photoanodes for tandem water-splitting cells based on doped complex metal oxides and III-V semiconductors coupled to water oxidation electrocatalysts (Antragstellerinnen / Antragsteller Beránek, Radim ;  Devi, Anjana ;  Eichberger, Rainer )
• Elementary Steps in the photocatalytic Water Splitting over TiO2-based Model Electrode Systems (Antragsteller Jacob, Timo ;  Over, Herbert )
• Enhanced water splitting activity through flame made heterojunctions of doped and functionalized mixed metal oxide nanoparticles predicted by combinatorial computational materials design (Antragsteller Heine, Thomas ;  Mädler, Lutz )
• Ferrites for photoelectrochemical water splitting (Antragsteller Bahnemann, Detlef ;  Bredow, Thomas ;  Wark, Michael )
• High-throughput characterization of multinary transition metal oxide and oxynitride libraries. New materials for solar water splitting with improved properties (Antragsteller Fiechter, Sebastian ;  Ludwig, Alfred ;  Schuhmann, Wolfgang )
• Highly Robust and Efficient Water Oxidation Catalysts based on Nanoscopic Metal Oxide Species (Polyoxometalates): from Fundamental Science to Devices (Antragstellerinnen / Antragsteller Kortz, Ph.D., Ulrich ;  Vankova, Nina )
• In-situ environmental TEM studies of electro- and photo-electrochemical systems for water splitting (Antragsteller Jooss, Christian )
• Iron oxides with highly ordered mesoporosity for photoelectrochemical oxygen formation from water (Antragsteller Bahnemann, Detlef ;  Wark, Michael )
• Metal oxide nanostructures for electrochemical and photoelectrochemical water splitting (Antragstellerinnen / Antragsteller Bein, Thomas ;  Fattakhova-Rohlfing, Dina ;  Pentcheva, Rossitza ;  Scheu, Christina )
• Nanostructured mixed metal oxides for the electrocatalytic oxidation of water (Antragsteller Strasser, Peter ;  Teschner, Detre )
• Novel thin film composites and co-catalysts for visible light-induced water splitting (Antragstellerinnen / Antragsteller Behrens, Malte ;  Fischer, Anna ;  Lerch, Martin ;  Schedel-Niedrig, Thomas )
• Photoelectrocatalytic Anion Substituted Perovskites PAP (Antragstellerin Weidenkaff, Anke )
• PhotoElectroChemical applicCation of Uranium oxides for enhanced LIght AbsoRption (PECULIAR) (Antragsteller Mathur, Sanjay )
• Photoelectrochemical water splitting using adapted silicon based semiconductor multi-junction cell structures (Antragsteller Finger, Friedhelm ;  Jaegermann, Wolfram ;  Schäfer, Rolf )
• Quantum chemical and quantum dynamical studies of the photocatalytic water splitting on titanium dioxide surfaces (Antragsteller Klüner, Thorsten )
• Sustainable solar energy conversion with defined ferrite nanostructures (Antragsteller Marschall, Roland )
• Ta3N5 nanotubes and -rods: doping, band-gap engineering and stabilization (co-catalysis) (Antragsteller Schmuki, Patrik )
• Three-dimensional semiconductor nanowire networks as model systems to study physical processes in nanostructured electrodes for light-driven water splitting (Antragstellerin Toimil-Molares, Maria Eugenia )
• Tuning the (magneto)optical properties of supported plasmonic metal catalysts towards high performance and stability in photo(electro)catalytic water splitting (Antragsteller Beller, Matthias ;  Brüser, Volker ;  Lochbrunner, Stefan )
• Zn-doped Gallium Oxynitride Nanoparticles as Efficient Photocatalyst for Water Splitting (Antragsteller Muhler, Martin ;  Winterer, Markus )

• Sprecher: Professor Dr. Wolfram Jaegermann