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Heterogene Photokatalyse Hauptseminar AC V 06. Mai 2014 Gregor Schwab.

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Präsentation zum Thema: "Heterogene Photokatalyse Hauptseminar AC V 06. Mai 2014 Gregor Schwab."—  Präsentation transkript:

1 Heterogene Photokatalyse Hauptseminar AC V 06. Mai 2014 Gregor Schwab

2 Funktionsweise der Photokatalyse ● Absorption von Licht ● durch Halbleiter ● Erzeugung von ● Elektronen-Loch- ● Päärchen ● Ladungstransport zur ● Oberfläche ● → RedOx-Reaktion ● mit e - -Donor/Akzeptor Li, JF; An, XQ; Park, KH; Khraisheh, M; Tang, JW, A critical review of CO2 photoconversion: Catalysts and reactors, Catalysts Today, 224, 2014

3 Funktionsweise der Photokatalyse E Licht ≥ E g E g abhängig von Halbleitermaterial → Band-Gap-Tuning Lage von HOMO/LUMO zwischen VB/CB -B. Ohtani, Photocatalysis A to Z-What we know and what we do not know in ascientific sense, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 11, Davide Ravelli, Daniele Dondi, Maurizio Fagnoni, Angelo Albini, Photocatalysis. A multi-faceted concept for green chemistry, Chem. Soc. Rev., 38, 2009

4 Anwendungsgebiete der heterogenen Photokatalyse ● Mineralisierung von Schadstoffen (Wasseraufbereitung) ● Wasserspaltung ● CO 2 -Konversion

5 CO 2 -Konversion ● Thermodynamisch (5) und (6) für Reduktion begünstigt aber: Kinetisches Problem, da Mehrelektronenprozess - Li, JF; An, XQ; Park, KH; Khraisheh, M; Tang, JW, A critical review of CO2 photoconversion: Catalysts and reactors, Catalysts Today, 224, Kumar, B; Llorente, M; Froehlich, J; Dang, T; Sathrum, A; Kubiak, CP, Photochemical and Photoelectrochemical Reduction of CO2, Annual Review of Physical Chemistry, 63, 2012

6 Thermodynamische Aspekte Wenqing Fan, Qinghong Zhang and Ye Wang, Semiconductor-based nanocomposites for photocatalytic H2 production and CO2 conversion, Phys. Chem. Chem. Phys.,15, 2013 ● Gleichzeitige Reduktion ● und Oxidation von ● einem Photokatalysator ● selten möglich ● Grund: ● Oxidationspotential von ● H 2 O oft größer als von ● VB ● Lösung: Binäres System

7 Multikomponenten-Heterostruktur ● Z-Schema: Zwei Halbleiter, ein Mediator ● Ein Halbleiter für Oxidation, ein Halbleiter für Reduktion ● → Auswahl der Halbleiter erleichtert Yongquan Qu; Xiangfeng Duan; Progress, challenge and perspective of heterogeneous Photocatalysts, Chem. Soc. Rev., 42, 2013

8 Kinetische Aspekte 1) Absorption ↔ Ladungstrennung 2) Ladungstransport ↔ Defekte 3) RedOx-Reaktion mit Spezies auf Oberfläche ↔ Überspannung

9 Metall/Halbleiter-Heterostruktur ● Beladen der ● Halbleiteroberfläche mit ● Metallen ● Vorteile: ● - Cokatalysator ● → Verringerung der ● Überspannung ● → Erhöhung der ● Effizienz und Selektivität

10 Ausblick ● Große Bedeutung der heterogenen ● Photokatalyse für die Zukunft: ● - Handhabung des Treibhauseffekts ● - Gewinnung von erneuerbaren Energieträgern ● Probleme: ● - Großtechnischer Maßstab ● - Effiziente Katalysatoren

11 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit


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