Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Anorganische Chemie durchgeführt. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen neue Materialien für die solarthermische Spaltung von H2O und CO2 entwickelt und qualifiziert werden, um eine konkurrenzfähige Produktion von Synthesegas durch solare Thermochemie zu ermöglichen. Ebenso werden Modelle zur Beschreibung der Vorgänge sowie Reaktorkonzepte verfeinert und weiterentwickelt. Schließlich werden die Erkenntnisse in einer technisch-ökonomischen Analyse zusammengefasst, um eine Lebenszyklusanalyse des Gesamtprozesses zu ermöglichen. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wird in der Arbeitsgruppe Feldmann die chemische Synthese innovativer redoxaktiver Materialien für solarthermochemische Anwendungen durchgeführt. Die Synthese umfasst einerseits die Darstellung binärer/ternärer Metalloxide und Metallnitride mit hoher Porösität sowie andererseits die Darstellung von Nanopartikeln und deren Immobilisierung auf inerten, porösen Trägern. Die Materialevaluierung wird unter anwendungsrelevanten Bedingungen bei den Projektpartnern durchgeführt. Neben der Identifizierung neuer Materialsysteme werden Strategien zur gezielten Dotierung, zur Entwicklung von Kompositsystemen und zur Realisierung redoxaktiver Materialien mit hoher Porosität erarbeitet. Weiterhin wird die thermische Stabilität poröser redoxaktiver Materialien von zentraler Bedeutung sein.
Das Projekt "Entwicklung und Charakterisierung von (photo) elektrokatalytisch aktiven und nanostrukturierten Grenzflächen für die Wasserspaltung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, Bereich Erneuerbare Energie, Institut Solare Brennstoffe durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Integration von (photo)elektrokatalytischen Elektroden zur Wasserstoffentwicklung in eine 'monolithische' Struktur, bei der die Anode die Rückseite der Photokathode bildet. Von dieser Struktur, eingetaucht in einen wässrigen Elektrolyten, wird ein Wirkungsgrad bei der Wasserstoffentwicklung erwartet, der mit der traditionellen PV-gekoppelten Elektrolyse konkurrieren kann. Dafür sind hocheffiziente, polykristalline und chemisch stabile Photokathoden zur Wasserstoffentwicklung mit Sonnenlicht, deren Bandlücken im sichtbaren Spektralbereich liegen, zu entwickeln. Die zu präparierenden Kathoden bestehen aus einem leitenden Rückkontakt, auf dem gesputterte Schichten von In1-xGaxN abgeschieden werden sollen. Zur Reduzierung von Überspannungen sind die Elektrodenoberflächen mit nanoskaligen Katalysatorteilchen (MoS2, NiOx) zu beschichten. In einer zweiten Struktur, bestehend aus einem a-Si/p-Si/SiO2- Schichtsystem werden elektrochemisch selbstorganisiert in der chemisch inerten SiO2- Deckschicht Nanoporen gebildet, in die Katalysatoren abgeschieden werden, so dass eine Nanoemitterstruktur entsteht. Da bei der Wasserspaltung die katalytisch aufwendigere 4-Elektronen-Transfer Reaktion zur Bildung eines O2 Moleküls an der Grenzfläche Elektrolyt-Elektrode abläuft, sollen Anodenschichten, bestehend aus MeOxNy/RuOxSy Schichten/Nanopartikeln (Me=Ce,Ti,W), durch Sputterverfahren bzw. chemische Badabscheidung hergestellt und strukturell sowie chemisch charakterisiert werden.
Das Projekt "Nanostrukturierte Metallnitrid-Elektroden als Halbleiter für die Photokatalytische Wasserspaltung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Integration von(photo)elektrokatalytischen Elektroden zur Wasserstoffentwicklung in eine 'monolithische' Struktur, bei der die Anode die Rückseite der Photokathode bildet. Von dieser Struktur, eingetaucht in einen wässrigen Elektrolyten, wird ein Wirkungsgrad bei der Wasserstoffentwicklung erwartet, der mit der traditionellen PV-gekoppelten Elektrolyse konkurrieren kann. Ziel des Teilprojekts ist dabei die Herstellung von nanostrukturierten Elektroden, bestehend aus In1-xGaxN und anderen Nitriden als Photokathode für die Lichtinduzierte Wasserstoffentwicklung a) Synthese von nanostruktierten InxGa1-xNy mit einer Bandlücke Eg = 2.2 eV b) Präparation von Elektroden beschichtet mit nanostruktierten InxGa1-xNy c) Präparation von Elektroden beschichtet mit anderen nanostruktierten Metallnitriden und Kohlenstoffnitriden