Opis projektu
Wykorzystanie mocy światła do produkcji odnawialnych paliw chemicznych
Zapotrzebowanie na nowe i wydajne źródła czystej energii staje się coraz bardziej palące. Jednym ze źródeł inspiracji jest fotosynteza – mechanizm pozwalający roślinom czerpać energię bezpośrednio ze światła słonecznego. Badanie tego procesu skłoniło naukowców do skupienia się na zielonej inżynierii inspirowanej naturą. W ramach finansowanego przez UE projektu COFLeaF powstanie heterogeniczny system fotokatalityczny pozwalający na niezawodne wytwarzanie paliw słonecznych z wody i dwutlenku węgla. Mówiąc dokładniej, badacze połączą szereg podzespołów wymaganych do przeprowadzenia kompleksowego procesu fotokatalitycznego z platformą polimerową zwaną liściem lub płatkiem COF. Takie rozwiązanie umożliwia dostosowanie każdego etapu przetwarzania energii słonecznej do wytwarzania odnawialnych paliw chemicznych. Prace w ramach projektu pozwolą na sprawniejsze przetwarzanie energii słonecznej dzięki opracowaniu funkcjonalnych katalizatorów umożliwiających rozszczepianie wody i redukcję CO2, rozwijając tym samym sektor produkcji odnawialnych paliw chemicznych.
Cel
The efficient conversion of solar energy into renewable chemical fuels has been identified as one of the grand challenges facing society today and one of the major driving forces of materials innovation.
Nature’s photosynthesis producing chemical fuels through the revaluation of sunlight has inspired generations of chemists to develop platforms mimicking the natural photosynthetic process, albeit at lower levels of complexity. While artificial photosynthesis remains a considerable challenge due to the intricate interplay between materials design, photochemistry and catalysis, the spotlights – light-driven water splitting into hydrogen and oxygen and carbon dioxide reduction into methane or methanol – have emerged as viable pathways into both a clean and sustainable energy future. With this proposal, we aim at introducing a new class of polymeric photocatalysts based on covalent organic frameworks, COFs, to bridge the gap between semiconductor and molecular systems and explore rational ways to design single-site heterogeneous photocatalysts offering both chemical tunability and stability.
The development of a photocatalytic model system is proposed, which will be tailored by molecular synthetic protocols and optimized by solid-state chemical procedures and crystal engineering so as to provide insights into the architectures, reactive intermediates and mechanistic steps involved in the photocatalytic process, with complementary insights from theory. We envision the integration of various molecular subsystems including photosensitizers, redox shuttles and molecular co-catalysts in a single semiconducting COF backbone. Taking advantage of the hallmarks of COFs – molecular definition and tunability, crystallinity, porosity and rigidity – we describe the design of COF systems capable of light-induced hydrogen evolution, oxygen evolution and overall water splitting, and delineate strategies to use COFs as integrated platforms for CO2 capture, activation and conversion.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
80539 Munchen
Niemcy