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Heterogene Photokatalyse
Hauptseminar AC V
06. Mai 2014Gregor 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
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● H2O oft größer als von● VB
● Lösung: Binäres System
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
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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