Kurzbeschreibung
Die elektrochemische CO2 Reduktion ist ein vielversprechender Ansatz um schädliche CO2 Emissionen in hochwertige chemische Produkte umzuwandeln. Da die elektrische Energie für diese Reaktion aus erneuerbaren Quellen (Photovoltaik, Wind) gewonnen werden kann, wird eine ausgezeichnete Umweltbilanz erreicht.
Der zentrale Bestandteil für einen elektrochemischen Aufbau für die CO2 Reduktion, ist die Gasdiffusionselektrode (GDE). Die GDE besteht aus einem porösen Kohlenstoffträgermaterial und wird mit dem Elektrokatalysator (Metallnanopartikel) beladen. Die elektrochemische Reaktion von CO2 zu den jeweiligen Endprodukten, findet auf der Oberfläche des Elektrokatalysators statt. Der Aufbau und die Struktur der GDE und des Elektrokatalysators ist entscheidend für die Effizienz der CO2 Reduktion.
Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung neuer Methoden für die Abscheidung von Metallnanopartikeln und darauf aufbauend die Herstellung von neuartigen GDE Materialien mit hoher Stabilität und Produktselektivität.
Die geplanten GDE Materialien sollen zwei Arten von Metallen kombinieren um eine sequenzielle katalytische Umwandlung von CO2 zu den Zielprodukten zu ermöglichen. Das erste Metall konvertiert CO2 in CO welches im mit dem zweiten Metall zum Zielprodukt umgesetzt wird.
Mit Hilfe einer "nanoparticle sputter gas phase condensation (GPC) source", können Metallnanopartikel mit unterschiedlicher Zusammensetzung, Größe und Form erzeugt werden. Aufgrund der Neuartigkeit und Komplexität dieser Methode, sollen innovative Methoden zur kontrollierten, sequenziellen Abscheidung von 2 Arten von Metallnanopartikeln entwickelt werden. Das ist ein komplett neuartiger Ansatz für diese Technik und wäre ein entscheidender Schritt für die Weiterentwicklung und mögliche kommerzielle Anwendung des GPC Verfahrens.
Die abgeschiedenen Metallnanopartikel werden zur Herstellung von bimetallischen GDEs verwendet und für die elektrochemische CO2 Reduktion getestet. Es ist zu erwarten, dass die neuartigen, bimetallischen GDEs deutlich höhere Produktausbeuten und Effizienzen ermöglicht, verglichen mit Mono-Metall GDEs, welche hauptsächlich verwendet werden.
Zusammenfassend, ermöglicht das geplante Projekt die Weiterentwicklung der GPC-Technologie zur Herstellung von Metallnanopartikeln mit präziser Kontrolle von Größe, Form und Zusammensetzung, was mit konventionellen Methoden nicht möglich ist. Gleichzeitig werden neuartige GDE Materialien für die elektrochemische CO2 Reduktion entwickelt. Dies ist essenziell um eine industrielle Umsetzung dieser vielversprechenden Reaktion zu ermöglichen.