Elektrokatalyse

Die direkte Nutzung elektrischer Energie ist eines der Schlüsselelemente für eine Umstellung der chemischen Industrie auf eine nachhaltige Basis. Der Zugang zu den verschiedenen industriellen Wertschöpfungsketten ist die Elektrolyse von Wasser, um Wasserstoff zu erzeugen. Während die Wasserstoffentwicklung relative gut beherrscht wird, bereitet die Sauerstoffentwicklung deutlich größere Probleme, und das Gleiche gilt für die Umkehrung der Reaktion in der Wasserstoff-Brennstoffzelle. In den letzten Jahren war daher ein erheblicher Anteil der Arbeit der Gruppe auf verbesserte Katalysatoren für elektrokatalytische Reaktionen unter Beteiligung von Sauerstoff gerichtet, insbesondere standen dabei nanostrukturierte Katalysatoren wie etwa Hollow Graphitic Spheres im Zentrum des Interesses, die eine hohe Aktivität und deutlich bessere Standzeiten haben als konventionelle Katalysatoren. Von ebenfalls großer Bedeutung in der Forschung der Gruppe ist die Entwicklung von Reaktionen, die die nicht wertschöpfende Sauerstoffentwicklung in der Wasserelektrolyse durch Reaktionen ersetzen, die in großer Menge benötigte Wertprodukte liefern, die erfolgreich vermarktet werden können. Dies sind beispielsweise Furandicarbonsäure, die Terephthalsäure bei der Herstellung von Polyestern wie PET ersetzen könnte, oder die Produktion von Methylhydrogensulfat oder Methansulfonsäure aus Methan. Die würde eine direkte Möglichkeit zur Methanaktivierung eröffnen. Die Arbeit der Gruppe auf diesem Gebiet beruht zu einem wesentlichen Teil auf der Verfügbarkeit von speziell kontruierten elektrochemischen Zellen für die Arbeit bei hohem Druck, hoher Temperatur und in korrosiven Medien wie etwa Oleum. Diese Reaktionen werden derzeit ausgeweitet, etwa auf solche unter Beteiligung von Ammonia, teils in flüssigem Ammoniak unter Druck.

Selected publications

C. Galeano, J.C. Meier, V. Peinecke, H. Bongard, I. Katsounaros, A.A. Topalov, A.H. Lu, K.J.J. Mayrhofer, F. Schüth, J.Am.Chem.Soc. 2012, 134, 20457-20465

C. Wang, Y. Wu, A. Bodach, M.L. Krebs, W. Schuhmann, F. Schüth, Angew.Chem.Int.Ed. 2023, e202215804

J. Britschgi, W. Kersten, S. Waldvogel, F. Schüth, Angew.Chem.Int.Ed. 2022, 61, e202209591

D. Jalalpoor, D. Göhl, P. Paciok, M. Heggen, J. Knossalla, I. Radev, V. Peinecke, C. Weidenthaler, K.J.J. Mayrhofer, M. Ledendecker, F. Schüth, J.Electrochem.Soc. 2021, 168, 024502

C. Wang, H. Bongard, C. Weidenthaler, Y. Wu, F. Schüth,  Chem.Mater. 2022, 34, 3123–3132