Mechanistische Einblicke in die Wirkungsweise von molekularen Katalysatoren w?hrend der elektrokatalytischen Reduktion von O2 und CO2

Hauptziel des Projektes ist die Entwicklung von Elektrokatalysatoren zur Reduktion von Sauerstoff bzw. Kohlenstoffdioxid und die Untersuchung von Struktur-Aktivit?ts-Beziehungen unter Reaktionsbedingungen mit Hilfe spektroelektrochemischer Methoden. Die Katalysatorsysteme basieren auf heterodinuklearen Verbindungen, die auch ?hetero-Pacman“-Verbindungen genannt werden. Sie zeichnen sich durch zwei unterschiedliche Metallkomplexfragmente aus, welche über ein rigides Rückgrat so zueinander angeordnet sind, dass sie kooperativ in der Aktivierung eines Substrats wirken k?nnen. Nach der Synthese und Charakterisierung der Verbindungen stehen zun?chst erste Reaktivit?tsstudien in homogener L?sung an. Daraufhin erfolgt die Immobilisierung der Verbindungen an Oberfl?chen und die Untersuchung der elektrokatalytischen Aktivit?t. Die Anbindung der homogenen Katalysatoren an die Elektrodenoberfl?che erfolgt mit verschiedenen Methoden (d.h. Ankerfunktionen). Den Einfluss der Ankerfunktion auf die Elektronentransfergeschwindigkeit und Produktselektivit?t aufzukl?ren, ist ein Zwischenziel der geplanten Arbeiten. Mechanistische Untersuchungen spielen für das Projekt eine besondere Rolle: Im Vordergrund stehen oberfl?chensensitive in-operando Spektroskopiemethoden, wie SERRS und SEIRA, die die Charakterisierung von Intermediaten erm?glichen sollen, um so neue Einsichten in und ein besseres Verst?ndnis für die ablaufenden Prozesse w?hrend der Reduktion von O2 bzw. CO2 zu gewinnen. Diese Ergebnisse k?nnen dann einerseits mit biologischen Systemen verglichen werden und andererseits zur Entwicklung einer n?chsten Generation von Katalysatorsystemen führen. Die gezielte Reduktion von Sauerstoff zu Wasser bzw. von Kohlenstoffdioxid zu Kohlenstoffmonoxid oder Ameisens?ure soll durch die Wahl geeigneter Katalysemetalle, Liganden und Reaktionsbedingungen erreicht werden. Die optimierten Katalysatorsysteme w?ren dann interessant für den Einsatz in speziellen Brennstoffzellen.