PhotoCOO
Photokatalytische CO2-Aktivierung
Die Aktivierungsenergie für die elektrochemische Reduktion von CO2 zu CO ohne Licht ist sehr hoch [1]. Deshalb ist die photokatalytische Aktivierung von CO2 mit Sonnenlicht eines der angestrebten Ziele. Speziell aus der Sicht der Nachhaltigkeit ist die Energiegewinnung aus "regenerativen" Quellen notwendig.
Seit den ersten Berichten über die Reduktion von Kobalt(III) zu Kobalt(II) Komplexen mittels [Ru(bipy)3]Cl2 und Licht in wässrigem Medium [2] bilden Ruthenium und Rhenium Komplexe mit chromophoren Ligand Systeme die Benchmark Systeme in der homogenen Photokatalyse.
Die bei der Photoreaktion freiwerdenden Oxidationsäquivalente sollen in hoch anspruchsvollen gekoppelten Reaktionen wie der Oxidation von Olefinen zu Epoxiden oder Arylen zu strukturkontrollierten Phenolen [3] bzw. alternativ zur Totaloxidation von Schadstoffen in Abwasser gekoppelter Einrichtungen verwendet werden.
Die Verwendung sowohl von homogenen als auch von heterogenen Katalysatoren wird eine zentrale Rolle spielen. Eine bewusste Ähnlichkeit in der Wahl der Katalysatoren erlaubt eine ausgezeichnete Vergleichbarkeit zwischen homogen- und heterogenkatalytischen Reaktionen, die durch die Quantifizierung von Quantenausbeuten unterstützt wird. Das Projekt wird durch einen Forschungsverbund angegangen, der die homogene (Prof. B.Rieger) und heterogene (Prof. J.A. Lercher) Katalyse mit Vorhaben aus der physikalischen Chemie (Prof. U.Heiz) und der Physik (Prof. K. Krischer) konstruktiv kombiniert.
Dabei unterstützen theoretische Studien (Prof N. Rösch) neben einem fundamentalen, mechanistischen Verständnis die Entwicklung effizienter Systeme. Durch die Kooperation mit den Industriepartnern (Süd-Chemie) wird zudem eine Bewertung dieser Zukunftstechnologie möglich.
Skalierbare Konzepte auf Basis molekularer und heterogener Katalysatoren zur photokatalytischen, wasserbasierten Umsetzung von CO2 zu Energieträgern und Basischemikalien wie z.B. Ethan, Methanol oder Formaldehyd zu entwickeln stehen im Vordergrund. Diese Konzepte bilden die Basis und das Potenzial um ihre Eignung für eine langfristige Implementierung zu überprüfen [4].
[1] a) A. Parkin, J. Seravalli, K. A. Vincent, S. W. Ragsdale, F. Armstrong, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10328 – 10329;
b) W. Shin, S. H. Lee, J.W. Shin, S. P. Lee, Y. Kim, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14688 – 14689.
[2] H. D. Gafney, A.W. Adamson, J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 8238 – 8239.
[3] Vgl. F. Goettmann, A. Thomas, M. Antonietti, Angew. Chem. 2007, 119, 2773 –2776.
[4] J.M. Lehn, R. Ziessel, Proc. Nati. Acad. Sci. USA, 1982, 79, 701-704.