Hintergrund und Motivation
Die photokatalytische Reduktion von CO₂ (künstliche photosynthetische CO₂-Reduktion) ist eine vielversprechende Technologie, um CO₂ abzufangen und gleichzeitig in solare Brennstoffe umzuwandeln. Um die Gesamteffizienz dieses Prozesses zu erhöhen, ist die Entwicklung hocheffizienter Katalysatoren und die Implementierung einer geeigneten Photoreaktorkonfiguration von entscheidender Bedeutung.

In heterogenen photokatalytischen Prozessen können die photokatalytischen Materialien in Form von Pulvern oder dünnen Membranen verwendet werden. Im Vergleich zu pulverförmigen Photokatalysatoren können photokatalytische Membranen durch das Einbringen von aktiven Photokatalysatoren in oder auf einem Substrat hergestellt werden, wodurch die Probleme des Verlusts und der Agglomeration von Photokatalysatoren wirksam gelöst werden. Bislang wurden verschiedene Photokatalysatoren entwickelt, wobei sich graphitisches Kohlenstoffnitrid (g-C3N4) als vielversprechendes Material in Form von metallfreien und auf sichtbares Licht reagierenden Photokatalysatoren im Bereich der Solarenergieumwandlung und Umweltsanierung erwiesen hat.

In diesem Projekt haben wir versucht, die Vorteile der Membrantechnologie mit der Photokatalyse zu kombinieren. Ein hochmoderner Mikrofluss-Photoreaktor, der mit einer optischen Faser für eine präzise Lichtbestrahlung gekoppelt ist, wurde von ehemaligen Forschern des IMVT hergestellt und untersucht. Er wird mit der Membrantechnologie für die photokatalytische Reduktion von CO₂ in einem mehrphasigen System integriert werden.

Konkret wird g-C3N4 synthetisiert und dann mit einer Membran (z.B. einer porösen Kohlenstoffmembran) durch Sprühbeschichtungstechnologie kombiniert, um g-C3N4-basierte photokatalytische Membranen für die photokatalytische Reduktion von CO₂ mit flüssigem Wasser herzustellen.

Aufgabenbeschreibung
Diese Arbeit konzentriert sich auf die Synthese und Charakterisierung von photokatalytischen Membranen auf g-C3N4-Basis. Die photokatalytischen Eigenschaften der hergestellten Membranen werden in einem kontinuierlich durchströmten Mikroreaktor zur CO₂-Reduktion mit der im IMVT etablierten Apparatur getestet. Diese Arbeit ist hauptsächlich experimentell und basiert auf dem kombinierten Wissen von Werkstofftechnik und photokatalytischer Technologie. Die folgenden spezifischen Aufgaben werden im Rahmen des Projekts durchgeführt:

- Entwurf und Synthese von g-C3N4-basierten Photokatalysatoren
- Herstellung von photokatalytischen Kompositmembranen auf g-C3N4-Basis durch Sprühbeschichtung
- Charakterisierung der synthetisierten Photokatalysatoren und Kompositmembranen
- Testen und Analysieren der photokatalytischen CO₂-Effizienz mit den hergestellten Materialien

Starttermin: schnellstmöglich
Betreuer: Dr. Jinju Zhang
Vertrag: jinju.zhang2@kit.edu

Tel: 0721-608-24088