Übergangsmetallkarbide für die elektrochemische CO2-Reduktion

• Antragsteller: Professor Dr. Karsten Reuter
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414298388

Kohlenstoffdioxid (CO2) ist das notorischste Treibhausgas, das maßgeblich zur globalen Erwärmung beiträgt. Die Umwandlung von produziertem CO2 in synthetische Brennstoffe ist somit eine vielversprechende Möglichk eit, um Emissionen zu reduzieren und eine nachhaltige Energiewirtschaft zu erzielen. Die elektrochemische CO2 Umwandlung bietet den besonderen Vorzug, die benötigte Energie für die Reduktion der Moleküle direkt aus erneuerbaren Quellen, wie Wind-, Solar- oder Wasserkraft Anlagen, zu beziehen. Zudem kann sie bei Umgebungsbedingungen betrieben werden und ist somit für mittelständische dezentralisierte Nutzung geeignet. Leider sind herkömmliche Metallelektroden, die für elektrochemische Anwendungen dieser Art genutzt werden, nicht leistungsfähig genug. Die Reaktion läuft zu langsam ab und zu viel Energie wird verbraucht.Diese Leistungslimitierung wird dem fundamentalen Verhältnis der Adsorptionsstärken zugeschrieben, mit denen bestimmte Zwischenprodukte der chemischen Reaktion an der Metallelektrode gebunden sind. Eine Modifizierung der Metallelektroden zur Optimierung der Bindung zu einem solchen Intermediat verschlechtert automatisch die Bindung zu einem anderen Zwischenprodukt. Es gibt erste Anzeichen dafür, dass dieses Dilemma durch die Verwendung von komplexeren Elektrodenmaterialien aufgehoben werden kann. Interessant sind hierbei Verbundmaterialien, in denen Metalle mit anderen Elementen vermischt sind, oder Komposite, die sowohl Metall als auch ein anderes Material enthalten. Ziel dieses Antrages ist in diesem Zusammenhang die Untersuchung der Eignung von Metall-Carbiden, also Verbindungen von Metallen mit dem reichlich vorhandenen Element Kohlenstoff. Insbesondere sollen Molybdäncarbide und deren Komposite mit Gold oder Kupfer untersucht werden.Die Kombination von experimenteller und Computer-gestützter Forschung soll das ambitionierte Ziel verfolgen, die elektrochemische CO2 Reduktion auf atomarer Ebene zu analysieren. Entsprechend tiefgründige Einsichten werden ein allgemeines Verständnis darüber hervorbringen ob und in wieweit der fundamentale Zusammenhang in der Bindungsstärke der adsorbierten Zwischenprodukte an diesen Carbid-basierten Materialien aufgehoben werden kann. Diese Erkenntnis wiederum wird neue Ideen darüber hervorbringen, wie Carbide optimiert werden müssen, um als energieeffiziente Elektroden in der elektrochemischen CO2 Reduktion Einsatz zu finden, oder wie andere alternative Materialien dafür konzipiert werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Julia Kunze-Liebhäuser