Heterogene Photokatalyse Hauptseminar AC V 06. Mai 2014 Gregor Schwab

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

Funktionsweise der Photokatalyse ELicht ≥ Eg Eg 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, 2010 -Davide Ravelli, Daniele Dondi, Maurizio Fagnoni, Angelo Albini, Photocatalysis. A multi-faceted concept for green chemistry, Chem. Soc. Rev., 38, 2009

Anwendungsgebiete der heterogenen Photokatalyse Mineralisierung von Schadstoffen (Wasseraufbereitung) Wasserspaltung CO2-Konversion

CO2-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, 2014 - 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

Thermodynamische Aspekte Gleichzeitige Reduktion und Oxidation von einem Photokatalysator selten möglich Grund: Oxidationspotential von H2O oft größer als von VB Lösung: Binäres System Wenqing Fan, Qinghong Zhang and Ye Wang, Semiconductor-based nanocomposites for photocatalytic H2 production and CO2 conversion, Phys. Chem. Chem. Phys.,15, 2013

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

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

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

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

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