Forschungsthemen

Katalytische Wasserspaltung

Katalytische Wasserspaltung

Inspiriert von der künstlichen Photosynthese ist die Photoelektrolyse von Wasser mit Sonnenlicht zur Erzeugung von sauberen H₂ ein vielversprechender Weg, Sonnenenergie in Form von chemischer Energie zu speichern. Die Wasserspaltung setzt sich aus zwei Halbreaktionen zusammen, namentlich der Sauerstoffentwicklungsreaktion (Oxygen Evolution Reaction, OER) und der Wasserstoffentwicklungsreaktion (Hydrogen Evolution Reaction, HER). Die OER ist die kinetisch anspruchsvollere der beiden Reaktionen, da hier ein erhöhtes Überpotential benötigt wird, um einen Vier-Elektronen-Übergangsprozess zu induzieren. Daher gibt es ein erhöhtes Interesse an der Entwicklung effizienterer, nicht-edelmetallbasierter Elektrokatalysatoren für die OER.

Laufende Projekte unserer wissenschaftlichen Arbeit konzentrieren sich auf die Entwicklung von neuen synthetischen Methoden zur Herstellung von nicht-edelmetallbasierten nanostrukturierten Oxiden als Elektrokatalysatoren für die OER. Wir nutzen Templatierungsmethoden als Werkzeuge um definierte mesostrukturierte Materialien herzustellen, um so Korrelationen zwischen strukturellen Eigenschaften und katalytischer Leistung der Materialien aufzudecken. Dadurch sollen noch effizientere Katalysatoren für die OER entwickelt werden.

Wir sind Mitglied in der MAXNET Energy Vereinigung der Max‑Planck‑Gesellschaft und im DFG gefördertem Collaborative Research Centre/Transregio 247, in welchem wir die Struktur‑Aktivitätsbeziehung in heterogen katalysierten Reaktionen, einschließlich der OER, experimentell untersuchen.

https://maxnetenergy.cec.mpg.de/

https://www.uni-due.de/sfbtrr247/

Ausgewählte Publikationen:

1.    Moon, G-H.; Yu, M.; Chan, C. K.; Tüysüz, H. In-situ formation of highly electroactive species directed from homogeneous cobalt precursors for oxygen evolution reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 131, 3529   
https://doi.org/10.1002/anie.201813052

2.    Deng, X.; Öztürk, S.; Weidenthaler, Tüysüz, H. Iron-induced activation of ordered mesoporous nickel cobalt oxide electrocatalyst for the oxygen evolution reaction, ACS. App. Mater. Interfaces. 2017, 9, 21225      
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b02571

3.    Deng, X.; Tüysüz, H. Cobalt oxide based materials as water oxidation catalysts: recent progress and challenges, ACS Catalysis, 2014, 10, 3701   
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cs500713d
 

Katalytische Umsetzung von CO und CO2

Katalytische Umsetzung von CO und CO2

Der Kohlenstoff-Fußabdruck erzeugt ernste ökologische Probleme. Dabei haben CO und CO₂ das Potential, als Ausgangsstoffe für die Synthese von nachhaltigen Materialien und Feinchemikalien verwendet zu werden. Wir sind ein Partner des vom BMBF geförderten Carbon2Chem Projekts, welches die Nutzung von Hüttengasen als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Feinchemikalien und nachhaltigen Produkten erforscht. Dabei arbeiten wir mit einem industriellen Partner zusammen und entwickeln Katalysatoren mit hoher Oberfläche für die Umwandlung von CO zu Intermediaten als Bausteine für Polymere.

https://www.umsicht.fraunhofer.de/en/strategic-lines-of-research/carbon-cycle.html

Weiterhin untersuchen wir die katalytische Umsetzung von CO₂ in der Forschung zum Ursprung des Lebens. Dabei versuchen wir den Serpentinisierungsprozess nachzuahmen, der in der Erdkruste stattfindet. Bei diesem Prozess erfolgt die Hydrolyse und Umwandlung von Mineralien zu H₂ und einem katalytisch aktivem Material, welche mit CO₂ zu Kohlenwasserstoffen weiter reagieren können. Diese Kohlenwasserstoffe sind essentiell für den Ursprung des Lebens auf der Erde. Wir wurden zusammen mit unseren Partnern für fünf Jahre mit der Förderung der Initiative „Leben?“ der Volkswagenstiftung ausgezeichnet und erforschen die katalytische Umsetzung von CO₂ unter extremen Bedingungen.

http://portal.volkswagenstiftung.de/search/projectDetails.do?ref=96724

Ausgewählte Publikationen:

1.    Baehr, A.; Moon, G-H.; Diedenhoven, J.; Kiecherer, J.; Barth, E.; Tüysüz, H. Reactor design and kinetic study on adsorption/desorption of CO and Cl₂ for industrial phosgene synthesis, Chem. Ing. Tech. 2018, 90, 1513  
https://doi.org/10.1002/cite.201800016

2.    Preiner, M.; Xavier, J.; Sousa, F.; Zimorski, V.; Neubeck, A.; Lang, Q. S.; Greenwell, C.; Kleinermanns, K.; Tüysüz, H.; McCollom, T.; Holm, N.; Martin, F. W. Serpentinization: connecting ancient metabolism, geochemistry and industrial hydrogenation, Life, 2018, 8, 41  
https://doi.org/10.3390/life8040041

3.    Preiner, M.; Yu, M.; Varma, S. J.; Muchowska, K. B.; Tüysüz, H*.; Moran, J*.; Martin, W. F*. Serpentinization product Awaruite (Ni₃Fe) catalyzes CO₂ fixation via H₂ under alkaline hydrothermal vent conditions, 
https://doi.org/10.1101/6829
 

Halogenid Perowskite als neue Klasse von Katalysatoren

Halogenid Perowskite als neue Klasse von Katalysatoren

Halogenid Perowskite besitzen faszinierende physikalisch-chemische sowie optoelektronische Eigenschaften und sind dadurch im letzten Jahrzehnt ins Rampenlicht der Photovoltaikforschung geraten. Auch in der heterogenen Katalyse hat diese Klasse von Materialien große Aufmerksamkeit erlangt. Teile unserer Forschung sind dem Design und der Entwicklung von neuartigen nanostrukturierten Halogenid Perowskiten gewidmet, um deren innovative katalytischen Eigenschaften für thermisch- und licht-katalysierte Modellreaktionen zu untersuchen

Ausgewählte Publikationen:

1.    Chen, K.; Schünemann, S.; Song, S.; Tüysüz, H. Structural effect on the optoelectronic properties of halide perovskites, Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 7045
http://dx.doi.org/10.1039/C8CS00212F

2.    Chen, K.; Deng, X.; Dodekatos, G.; Tüysüz, H. Photocatalytic polymerization of
3, 4-ethylenedioxythiophene over cesium lead iodide perovskite quantum dots, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 12267  
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b06413

3.    Chen, K.; Tüysüz, H. Morphology-controlled synthesis of organometal halide perovskite inverse opals, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 13806.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201506367/full

Forschungsberichte

• Forschungsbericht 2011 - 2013 (Englisch)

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