Forschung Dr. Schneidewind
Photokatalyse für die Produktion von grünem Wasserstoff
Die Forschungsarbeiten der Nachwuchsgruppe konzentrieren sich auf die Entwicklung anwendbarer Photokatalysatoren für die Produktion von grünem Wasserstoff. Grüner Wasserstoff wird voraussichtlich eine Schlüsselrolle in der Energiewende einnehmen, da er die Integration von erneuerbarer Energie in unterschiedliche Mobilitäts- und Industriesektoren ermöglicht. Ein vielversprechender Weg für die Produktion von grünem Wasserstoff ist die Spaltung von Wasser mit Hilfe von Sonnenstrahlung und vermittelt durch einen Photokatalysator. Es mangelt jedoch an Photokatalysatoren, welche diese Reaktion in praktikabler Weise ermöglichen können. Die Arbeiten der Gruppe beschäftigen sich daher mit der Erforschung neuartiger Mechanismen für lichtgetriebene Wasserspaltung, der Nutzung dieses Wissens für die Entwicklung von Photokatalysatoren und die Beurteilung von Wasserstoffproduktion mittels techno-ökonomischer und Lebenszyklus Studien.
1. Nicht-klassische Mechanismen für photochemische Wasserspaltung
Anhand von molekularen Modellsystemen werden Mechanismen für photochemische Wasserspaltung untersucht, welche von den Prinzipien klassischer Photokatalyse abweichen. Dies ermöglicht den Zugang zu neuen Strategien für Katalysatorentwicklung, welche Effizienz und/oder Aktivität erhöhen können. Für mechanistische Studien werden metallorganische, kinetische, spektroskopische und computerchemische Methoden kombiniert.
Two-photon, visible light water splitting at a molecular ruthenium complex.
2. Entwicklung von neuartigen Photokatalysatoren
Basierend auf dem neuen mechanistischen Wissen werden sowohl homogene als auch heterogene Photokatalysatoren entwickelt. Dafür werden kombinatorische Synthese und Machine Learning gestütztes Design eingesetzt und es werden geeignete Methoden für die Charakterisierung katalytischer Aktivität entwickelt.
3. Techno-ökonomische/Lebenszyklus Studien und Produktionskonzepte
Wege für Wasserstoffproduktion werde mit Hilfe von techno-ökonomischen und Lebenszyklus Analysen beurteilt, um quantitative Ziele für die Katalysatorentwicklung zu definieren. Dafür wurde die Open Source Software pyH2A entwickelt. Zudem werden Konzepte für die Produktion von grünem Wasserstoff entworfen und experimentell evaluiert.