Projektbeschreibung
Effiziente CO2-Umwandlung mit Katalysatoren aus Metall-Nanoclustern
Die elektrochemische Umwandlung von CO2 in Kraftstoffe oder wertvolle Chemikalien ist eine vielversprechende Möglichkeit, um dem Klimawandel zu begegnen. Die Umwandlung von CO2 in die gewünschten Produkte ist jedoch alles andere als einfach: CO2 ist ein stabiles und relativ reaktionsträges Molekül. Obwohl bei der Entwicklung von Katalysatoren aus metallischen Nanopartikeln, die CO2 aktivieren, deutliche Fortschritte erzielt werden konnten, wissen wir aufgrund der hohen Dispersität herkömmlicher Nanopartikel nur wenig darüber, wie ihre Struktur die katalytische Aktivität beeinflusst. Das EU-finanzierte Projekt MENACE-CO2 wird atomar präzise ligandengeschützte Metall-Nanocluster einsetzen – eine neuartige Klasse von Katalysatoren, deren Größe sich im Bereich zwischen kleinen Molekülen und Nanopartikeln bewegt. Im Gegensatz zu Nanopartikeln handelt es sich bei diesen Clustern um monodisperse Partikel mit einer festgelegten Zusammensetzung, die sich strukturell auf atomarer Ebene charakterisieren lassen. Weiteres Wissen zur Struktur-Wirkungs-Beziehung eines Katalysators wird die Entwicklung geeigneter Katalysatoren zur Umwandlung von CO2 deutlich voranbringen.
Ziel
Combatting the menace of global warming requires solutions to recycle carbon dioxide (CO2). Electrochemical (EC) CO2 reduction reactions (CO2RR) could potentially solve this problem by the storage of energy from renewable sources in the form of chemical energy in fuels or value-added chemicals in a sustainable manner. However, CO2 is a highly stable molecule and catalysts are needed to overcome its kinetically sluggish reduction. Despite the considerable progress in the design of metallic nanoparticle (NP) catalysts, the polydispersity of conventional NPs limits the fundamental understanding of structure-activity relationships, which remains the bottleneck for further catalyst development. To overcome this problem, I propose the utilization of a novel class of catalysts that lie in the transition regime between small molecules and NPs: Atomically precise ligand-protected metal nanoclusters (MNCs). Contrary to NPs, MNCs are monodisperse particles with a defined composition that can be structurally characterized at the atomic level. The aim of this project is to develop the full potential of MNCs for catalytic EC CO2RR i) by studying MNC structure-activity relationships, including size, protecting ligands and metal composition; ii) by tuning their catalytic performance, modifying MNCs with molecular metal-oxides to enhance CO2 adsorption; and iii) by their immobilization into nanocarbon materials, improving catalyst stability and performance due to the synergy between the support substrate and supported catalyst. The goal of the MENACE-CO2 project is to shed light into the precise correlation of structure with catalytic properties, enabling the rational optimization of this novel type of catalysts. Moreover, this project will open new perspectives by engineering nanocomposites, recognizing the roles of each component and how they synergize to achieve their properties to, ultimately, open new directions in CO2 conversion.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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- NaturwissenschaftenChemiewissenschaftenKatalyse
- Technik und TechnologieNanotechnologieNanomaterialien
- Technik und TechnologieUmwelttechnikEnergie und Kraftstoffe
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Spanien