Bastian Rutjens

 

Zinnoxid-Nanopartikel für die CO2-Reduktion zu Formiat in wässrigen Elektrolyten

Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus zum Katalysator-Screening. Urheberrecht: B.Rutjens Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus zum Katalysator-Screening.

Der Klimawandel ist derzeit eines der meist diskutierten Themen in Deutschland. Treibhausgase wie Kohlenstoffdioxid (CO2) erhöhen die Temperaturen weltweit. Dies hat schwerwiegende Folgen für die Erde, einschließlich extremer Wetterereignisse. Daher ist die Reduzierung von Kohlenstoffdioxidemissionen ein wichtiges Ziel für die Bundesrepublik Deutschland. In diesem Zusammenhang sind Forscher und Industrie daran interessiert, CO2-Abgase als Feedstock zu nutzen, um hochwertige Chemikalien zu erzeugen. Eine Überlegung ist, CO2 durch elektrochemische Reduktion in Grundchemikalien wie Ameisensäure, Kohlenmonoxid oder Ethanol umzuwandeln, die zur Einsparung von Chemikalien fossilen Ursprungs direkt in der Industrie verwendet werden können [1].

Der Katalysator spielt bei der CO2 Elektrolyse eine wichtige Rolle für den ablaufenden Prozess und hat einen Einfluss auf die Produktselektivität. Für die selektive Herstellung von Formiat eignen sich vor allem die Elemente Blei (Pb), Quecksilber (Hg), Indium (In) und Zinn (Sn). Ebenso zeigen Zinnoxid-Nanopartikel (SnO2) eine hohe Formiatselektivität. SnO2-Nanopartikel und deren Synthesen bieten vielfältige Möglichkeiten für die Optimierung der CO2 Elektrolyse [2,3].

Ziel dieser Masterarbeit ist die Analyse und Optimierung von SnO2-Nanopartikeln, die über verschiedene Syntheserouten wie z.B. Solvothermalsynthese hergestellt werden und hinsichtlich der Reduktion von CO2 zu Formiat untersucht werden. Für die elektrochemische Analyse soll insbesondere die Methode der Rotating Disc Elektrode (RDE) verwendet werden (s. Abbildung). Diese Methode eignet sich als Tool zum schnellen Katalysator-Screening. Weiterhin werden Analysemethoden, wie Ionenchromatographie (IC), Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Laser Scanning Mikroskopie (LSM) zur Erforschung der ablaufenden Reaktionsprozesse verwendet.

[1] J. M. Spurgeon, B. Kumar, Energy and Environmental Science 2018, 11, 1536–1551.

[2] D. Mohanta, M. Ahmaruzzaman, RSC Advances 2016, 6, 110996–111015.
[3] S. Zhang, P. Kang, T. J. Meyer, Journal of the American Chemical Society 2014, 136, 1734-1737.