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Projekt
Elektrokatalytische Koordinationsnetzwerke
Fachliche Zuordnung
Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
Förderung
Förderung von 2016 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316569666
Poröse Koordinationsnetzwerke (PCNs, engl. Porous Coordination Networks) sind ideale Kandidaten für selektive elektrokatalytische Umwandlungen, da katalytisch aktive Zentren bereits als Übergangsmetall-Knoten im Netzwerk vorliegen oder durch die nachträgliche Funktionalisierung durch redoxaktive Gruppen generiert werden können. Gleichzeitig ermöglichen sie die hochselektive adsorptive Trennung von Molekülen in ihren Poren. Die in der ersten Förderphase entwickelten PCNs weisen hohe Aktivitäten und Selektivitäten in der Elektrokatalyse auf, jedoch zeigen die noch geringe elektrische Leitfähigkeit und Instabilität mancher CNs in wässrigen Elektrolyten Grenzen auf, welche die Erforschung neuer PCN-Elektrokatalysatoren als dringend notwendig erscheinen lassen. Eine technische Herausforderung ist zudem das Prozessieren dieser Materialien und die Integration in Elektroden, was eine Voraussetzung für die Generierung hocheffizienter Katalysatoren darstellt. Die Elektrokatalyse für die Herstellung wertvoller Zwischenprodukte stellt ein enormes Potenzial für die Nutzung kostengünstiger elektrischer Energie dar, welche aus der zunehmenden Nutzung stark fluktuierenden regenerativen Energietechnologien resultiert. Die elektrokatalytische Reduktion von Treibhausgasen wie CO2 (CO2RR) und die Umwandlung in wertvolle Energieträger wie Methanol oder Methan sind vielversprechende Ziele. Die Elektroreduktion von N2 (NRR) ist ein visionäres Ziel, welches entscheidend zur Verringerung des Energiebedarfs für die Düngemittelproduktion beitragen könnte. Darüber hinaus erscheinen hochselektive Koordinationsnetzwerke vielversprechend für die Herstellung von Feinchemikalien wie z.B. die selektive Oxidation von Polyolen als Nebenprodukte der Biomasseverarbeitung. Im vorliegenden Vorhaben soll die nächste Generation elektrisch leitfähiger Koordinationsnetzwerke für die Elektrokatalyse entwickelt werden, wobei das Koordinationsnetzwerk die Produktselektivität erhöhen soll. Der notwendige Elektronentransfer zum Substrat soll dabei entweder I) durch das Koordinationsnetzwerk selbst oder II) durch ein katalytisch aktives Nanomaterial (Nanopartikel, Graphenoberfläche MXene, o.ä.) in einem Komposit erreicht werden. In einer interdisziplinären Herangehensweise wird das Vorhaben die gesamte Entwicklungskette abbilden, von der Konzeption und Synthese der elektrisch leitfähigen Koordinationsnetzwerke, der Entwicklung zukunftsweisender in situ-Charakterisierungstechniken bis hin zur Demonstration der avisierten Funktionalität als Elektrokatalysator in den Modellreaktionen der CO2- und N2-Reduktion sowie der Elektrooxidation von Polyolen für die Produktion von Feinchemikalien.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
