Jahresbericht 2018-2019

Bei der Pyrokatalyse handelt es sich um ein Phä- nomen, bei welchem pyroelektrische Materialien thermisch angeregt werden, um katalytische Pro- zesse zu initiieren. Der grundlegende Wirkmecha- nismus der Pyrokatalyse besteht in der Ausbil- dung von Polarisationsladungen an den Oberflä- chen pyroelektrischer Materialien bei ausreichen- der thermischer Anregung (Abb. 2 oben). Mit die- sen Oberflächenladungen gehen elektrische Po- tentiale einher, welche bei ausreichender Höhe zur Spaltung von Wasser in H 2 und O 2 oder auch zur Generierung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) führen können. Potentielle Vorteile des Verfahrens in der An- wendung liegen darin, dass die Pyrokatalyse zum einen ohne Chemikalienzusätze auskommt und zum anderen bisher ungenutzte Abwärme aus Industrieprozessen, natürliche Wärmegradienten oder auch solarthermische Wärme zur (Ab)Wasser- reinigung oder auch Wasserstoffgenerierung nutzbar machen kann. Aktuelle experimentelle Untersuchungen hier- zu beschäftigen sich mit der Untersuchung des Einflusses wichtiger Reaktions- und Prozesspa- rameter auf den oxidativen Schadstoffabbau mit- hilfe einer Modellreaktion (z. B. DCF-Assay; Abb. 2 unten) [1]. Das Ziel ist die Maximierung der gene- rierten ROS und der abbaubaren Schadstoffmen- gen. Ein weiterer Fokus liegt auf der Entwicklung neuer Katalysatormaterialien sowie Kombinatio- nen mit anderen AOP-Prozessen wie der Photo- katalyse (Pyrophotokatalyse) [2]. Für ein tieferes Verständnis der Pyrokatalyse, wird parallel dazu an der theoretischen Beschreibung des Effekts gearbeitet. Dazu wurde ausgehend von der Be- Pyrokatalyse — Oxidativer Schadstoffabbau und Wasserstoffgenerierung Abb. 3: Berechneter Potentialverlauf bei thermischer Anregung pyroelektrischer Materialien (links) sowie die berech- nete Wasserstoffmenge in Abhängigkeit des Materials (rechts). Abb. 2: Temperaturprogramm zur thermischen Anregung der Pyrokatalysatoren (oben); Pyrokata- lytische Oxidation des nichtfluoreszierenden DCHF in das fluoreszierende DHF (unten). schreibung des piezokatalytischen Modells ein eigenständiges pyrokatalytisches Modell entwi- ckelt [3]. Dieses ist in der Lage, die pyrokatalyti- sche Wasserstoffentwicklung verschiedener py- roelektrischer Materialien vorherzusagen (Abb. 3). [1] Raufeisen, S., Stelter, M., Bräutigam, P.: Pyrocatalysis - How to Measure the Oxidation Capability of Thermally Excited Pyroelectric Powders, PLoS ONE. (eingereicht) [2] ZIM-Projekt PYPH2OKAT - energieeffiziente oxidative Wasserauf- bereitungsanlage auf der Basis pyroelektrisch modifizierter Hybrid- photokatalysatoren. Förderkennzeichen: ZF4050708RH9. [3] Schlechtweg, J., Raufeisen, S., Stelter, M., Bräutigam, P. (2019): A novel model for pyro-electro-catalytic hydrogen production in pure water, Phys. Chem. Chem. Phys. 2019, 21, 23009-23016. DOI: 10.1039/C9CP02510C. FORSCHUNG — 85