Untersuchung heterogener Photokatalysatoren basierend auf TiO2-Graphen-Kompositen in selektiven synthetischen Transformationen

Heterogene Photokatalyse ist ein wissenschaftlich spannender und technisch relevanter Prozess. Die Entwicklung von Katalysatoren für den sichtbaren Spektralbereich des Lichts, d.h. insbesondere Sonnenlicht, ist dabei von besonderem Interesse. Im Projekt sollen effiziente Photokatalysatoren auf der Grundlage von TiO2-Kohlenstoffnanopartikel-Kompositen dargestellt, charakterisiert, untersucht und verstanden werden. Die Komposite werden ausschlie?lich ex situ durch einfaches Mischen von verschiedenen kommerziell erh?ltlichen und bekannten charakterisierten TiO2-Nanopartikeln und kommerziell erh?ltlichen Graphen-Spezies dargestellt. Jede Komponente ist als wichtiger Bestandteil von heterogenen Photokatalysatoren bekannt. Zus?tzlich werden die Komposite durch Sintern und Hydrothermalverfahren weiter modifiziert und der Einfluss der Methoden auf die Aktivit?t bestimmt. Strukturelle und elektronische Eigenschaften der neuen Materialien werden in Kooperation mit Prof. Guido Grundmeier und Prof. J?rg Lindner analysiert. Die Komposite werden in selektiven organischen photoredox-katalytischen C-C-Bindungsreaktionen experimentell und theoretisch untersucht. Neben Quanten-Effizienz und katalytischer Aktivit?t ist das gründliche Verst?ndnis der katalytischen Prozesse ein Schwerpunkt der geplanten Untersuchungen. Zu diesem Zweck werden parameterfreie Gesamtenergie- und Elektronenstrukturrechnungen durchgeführt. Hierfür werden Modellsysteme betrachtet, deren strukturelle Details in ?bereinstimmung mit den Transmissionselektronenmikroskopie- und R?ntgenbeugungsdaten der synthetisierten Nanokompositen gew?hlt werden. Bei der Berechnung der elektronischen Anregungseigenschaften für die Photokatalyse gehen wir über Dichtefunktionaltheorie (DFT) hinaus und wenden constrained DFT, zeitabh?ngige DFT (TDDFT) und Vielteilchenst?rungsmethoden an. Neben dem Verst?ndnis der experimentellen Befunde werden die Rechnungen die Grundlage für die gezielte Synthese effektiver Katalysatoren bilden.

DFG-Verfahren Sachbeihilfen