N2Red: Untersuchung der photokatalytischen und photothermo-katalytischen Ammoniak-Produktion aus molekularem Stickstoff und Wasser bei erhöhten Temperaturen und Drücken

Motivation

Stickstoff ist ein essenzieller Bestandteil vieler chemischer Verbindungen. Durch Reduktion zu Ammoniak kann Stickstoff fixiert werden und findet so beispielsweise durch Weiterverarbeitung zu Düngemitteln oder Kunststoffen eine Vielzahl an Anwendungen.

In der chemischen Industrie wird Ammoniak heutzutage über das Haber-Bosch Verfahren hergestellt. Durch die großen Mengen an benötigtem Wasserstoff, ist dies ein sehr energieaufwendiger Prozess. Die Entwicklung nachhaltiger Produktionsmethoden mit einem geringeren energieaufwand ist für die Zukunft unerlässlich.

In diesem Projekt soll mit Hilfe eines photokatalytischen Ansatzes molekularer Stickstoff zu Ammoniak reduziert werden. Die benötigten Elektronen sollen durch die gleichzeitige Oxidation von Wasser zur Verfügung gestellt werden. Durch die Analyse beider Reaktionen sollen optimale Reaktionsbedingungen für potenzielle Photokatalysatoren identifiziert werden.

Einige Photokatalysatoren sind in der Lage Protonen zu Wasserstoff zu reduzieren, wobei das benötigte Reduktionspotential sehr nah an dem der Stickstoffreduktion liegt. Deswegen soll die Wasserspaltungsaktivität ebenfalls untersucht werden. Sollte diese stärker ausgeprägt sein als die Stickstoffreduktion soll weiterhin erforscht werden, ob der erzeugte Wasserstoff für eine in situ thermo- oder photokatalytische Ammoniakerzeugung unter erhöhten Temperaturen und Drücken geeignet ist.

In Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Darmstadt sollen selbst-synthetisierte Bismuthoxyhalogenid-basierte Photokatalysatoren auf ihre Eignung getestet und optimiert werden.

Das Forschungsprojekt wird über die DFG im Rahmen des Schwerpunktprogramms "Nitroconversion: Verknüpfung von Katalysatoren, Mechanismen und Reaktorkonzepten für die Umwandlung von Distickstoff durch elektrokatalytische, photokatalytische und photoelektrochemische Methoden" (SPP2370) gefördert.