NSERC-DFG SUSTAIN: Entwicklung organischer Photokatalysatormaterialien zur Erweiterung des Einsatzes nachhaltiger Photokatalyse in organischen Synthesen

• Antragsteller: Professor Dr. Burkhard König
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534235866

Die chemische Syntheseindustrie ist eine wichtige Säule der kanadischen und deutschen Wirtschaft und produziert hochwertige Produkte wie Pharmazeutika, Agrochemikalien, Kosmetika, Beschichtungen und Polymere. Die deutsche Chemieindustrie ist mit einem Umsatz von 160 Milliarden EURO im Jahr 2020 die drittgrößte im internationalen Vergleich. Im Jahr 2021 war die chemische Industrie in Kanada 64 Milliarden CAD wert, beschäftigte direkt 78.500 Menschen und unterstützte indirekt weitere 392.500 Arbeitsplätze . Heutige chemische Synthesen sind jedoch energie- und materialintensiv und es bedarf neuer Ansätze, um ihre Nachhaltigkeit zu verbessern. Um die Nachhaltigkeit des Chemiesektors zu verbessern ist eine erhebliche Reduzierung des Energieverbrauchs nötig. Im Vergleich zu anderen Industriezweigen ist die chemische Industrie der größte Energieverbraucher und die drittgrößte direkte Quelle von Kohlendioxidemissionen. Um die Netto-Null-Kohlendioxid Emissionsziele zu erreichen, müssen CO2 Emissionen bis 2030 von der Produktion abgekoppelt werden. Neue Synthesewerkzeuge sind dabei von entscheidender Bedeutung, um die Kontinuität der chemischen Syntheseindustrie während des Übergangs zu einer neuen CO2 armen Wirtschaft sicherzustellen. Die Photokatalyse erlaubt es unreaktive Moleküle mithilfe der Energie des Lichts reagieren zu lassen, um so günstigere und nachhaltigere chemische Reaktionsbedingungen zu erreichen. Photokatalyse kann regenerative Sonnenenergie nutzen, entweder direkt oder über Solarzellen, die eine künstliche Beleuchtung antreiben. Eine breite Anwendung der Photokatalyse bei chemischen Umwandlungen wird aktuell jedoch durch die limitierte Anwendungsbreite insbesondere für unreaktive chemische Ausgangsstoffe erschwert. Die internationale Zusammenarbeit zielt darauf ab, neue Werkzeuge zur Dekarbonisierung industrieller chemischer Syntheseprozesse mithilfe der Photokatalyse zu etablieren. Durch die Zusammenführung von chemischer Synthesekompetenz aus Deutschland und Materialkompetenz in Kanada wollen wir neue, nachhaltigere Syntheseverfahren entwickeln, die weniger Energie verbrauchen und den CO2 -Ausstoß reduzieren. Unser Ausgangspunkt ist Kohlenstoffnitrid, ein polymerer Photokatalysator, der aus einfachen und kostengünstigen Vorläufern wie Harnstoff hergestellt wird. Kohlenstoffnitrid hat sich für einige photokatalytische Umwandlungen bereits als nützlich erwiesen, es sind jedoch extremere oxidative und reduktive Potenziale erforderlich, um einfache, allgemein zugängliche chemische Ausgangsstoffe besser nutzen zu können. Wir entwickeln gemeinsam neuartige Photokatalysatoren und photokatalytische Reaktionen, um diesem Ziel näher zu kommen. Die neuen Materialien können von der kanadischen und deutschen Industrie genutzt werden, um die Energie- und Materialeffizienz chemischer Syntheseprozesse zu verbessern und so zu einem ökologisch nachhaltigeren Chemiesektor führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kanada
• Partnerorganisation: Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada
• Kooperationspartner: Professor Dr. Robert Godin