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FU Berlin
Digitale Dissertation

Peter Friebe :
Adsorption und Reduktion von Kohlendioxid an Übergangsmetallen
Adsorption and reduction of carbon dioxide on transition metals

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|Zusammenfassung| |Inhaltsverzeichnis| |Ergänzende Angaben|

Zusammenfassung

Die elektrochemische Adsorption und Reduktion von Kohlendioxid wurde an den Metallen Platin, Rhenium und Kupfer untersucht.

Im Hinblick auf einen geschlossenen Kohlenstoff-Energiekreislauf wurde der Reversibilität der Adsorption und der Reduktionskatalyse besondere Beachtung geschenkt.

Die eingesetzten Techniken DEMS (Differentielle Elektrochemische Massenspektroskopie), EQMB (Elektrochemische Quarz-Mikrowaage), FTIR-Spektroskopie und Cyclovoltammetrie zeigten im wesentlichen übereinstimmend eine potentialabhängige Unterteilung der CO2-Metall-Wechselwirkung in Physisorption und Chemisorption.

Mit Doppelpotentialsprüngen an DEMS konnte ein Reversibilitätskoeffizient der CO2-Adsorption eingeführt werden. Es zeigte sich an Rhenium ein sehr hohe Reversibilität. Platin zeigte eine deutlich weniger reversible Wechselwirkung mit CO2. Die Adsorption an Kupfer war kaum reversibel. In Vergleichsuntersuchungen erwies sich Aktivkohle als interessantes Substrat für eine reversible elektrochemische CO2-Adsorption.

Die FTIR-Spektroskopie zeigte bei kathodischer Polarisierung an allen untersuchten Metallen eine Absorptionsbande um 1350 - 1400 cm-1 Diese wurde adsorbiertem Kohlendioxid zugeordnet, das unter Verlust der linearen Konfiguration an d ie Elektrode anlagert.

EQMB-Messungen ergaben eine maximale Bedeckung von 6,8 (Platin), 5,4 (Rhenium) bzw. 7,0 (Kupfer) nmol/cm² CO2. Unter Berücksichtigung des Platzbedarfs von CO 2 ergaben sich Bedeckungen von 8,5, 6,8 bzw. 8,8 Monolagen. An Kupfer konnte mit Hilfe dieser Technik die geflossenen Ladungen mit der Adsorbatmenge verglichen werden. Es wurde ein Anhaltswert von 1 übergegangenem Elektron pro adsorbiertem Molekül CO2 beobachtet.

Zur besseren Quantifizierung wurde eine neue Technik, die Elektrochemische Druckmeßzelle (EDMZ) entwickelt, konstruiert und eingeführt. Mit ihr gelang es, CO2-Bedeckungs/Potential-Diagramme für Platin, Rhenium und Kupfer aufzunehmen und miteinander zu vergleichen. Es ergaben sich Bedeckungen von 8,0 (Platin), 8,8 (Rhenium) und 11,0 Monolagen (Kupfer).

EDMZ lieferte den wichtigen Beweis, daß sich über die Adsorption auch Druckunterschiede aufbauen lassen können.

Durch eine gleichzeitige elektrochemische Deposition von Kupfer und Kohlendioxid konnte die CO2-Reduktionskatalyse drastisch verbessert werden. Das Onsetpotential für die Ethenproduktion wurde um 500 mV in positive Richtung verschoben. Dieser selektive anodische Shift des Einsatzpotentials von 1,6 V NHE auf etwa 1,1 V NHE entspricht einer Verbesserung um fast 40 % bezogen auf das theoretische Redoxpotential. EDX-Untersuchungen ergaben, daß das an Kupfer adsorbierte CO2 teilreduziert als Kohlenstoff in der Probe vorlag. Der inhomogen in der Kupfermatrix verteilte Kohlenstoff ist offen sichtlich für die verbesserte Katalyse mitverantwortlich.

Inhaltsverzeichnis

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0 Titelblatt und Inhaltsverzeichnis

1 Einführung

2 Zielsetzung

2.1 Reaktionsweg

2.2 Adsorption

2.3 Quantifizierung der CO2-Adsorption

3 Planung der Arbeit

3.1 Auswahl der Metalle

3.2 Auswahl der Techniken

4 Grundlagen

4.1 Chemie des CO2

4.2 Elektrochemische Grundlagen

4.3 Eingesetzte Techniken

5 Experimentelles

5.1 Techniken und deren Grundlagen

5.2 Elektrochemie

6 Resultate und Diskussion

6.1 I/U-Kennlinien

6.2 Differentielle elektrochemische Massenspektroskopie (DEMS)

6.3 Die Elektrochemische Quarz-Mikrowaage (EQMB)

6.4 FTIR-Spektroskopie

6.5 Die elektrochemische Druckmeßzelle (EDMZ)

6.6 Vergleich der Ergebnisse der angewendeten Techniken

6.7 Beeinflussung des Onset-Potentials der CO2-Reduktionsprodukte

7 Zusammenfassung

8 Aussichten

9 Literaturverzeichnis

Ergänzende Angaben:

Online-Adresse: http://www.diss.fu-berlin.de/1999/20/index.html
Sprache: Deutsch
Keywords: adsorption, carbon dioxide, copper, rhenium, platinum
DNB-Sachgruppe: 30 Chemie
Datum der Disputation: 10-Dec-1998
Entstanden am: Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter: Prof. Dr. Helmut Tributsch
Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Jürgen K. Dohrmann
Kontakt (Verfasser): friebe@hmi.de
Kontakt (Betreuer): tributsch@hmi.de
Abgabedatum:25-Mar-1999
Freigabedatum:31-Mar-1999

 

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