Nachhaltige Synthese von Katalysatoren zur CO2 Valorisierung

Dieses Projekt entwickelt eine neuartige, nachhaltige Synthesestrategie, die Mechanochemie mit kryogener Temperaturkontrolle kombiniert, um die Herstellung von Makrozyklus- Katalysatoren für die elektrochemische CO 2-Reduktion grundlegend zu verändern. Porphyrine und Corrole sind zentrale molekulare Bausteine in der Katalyse und Energiewandlung, deren klassische, lösungsmittelbasierte Synthese jedoch ineffizient und umweltbelastend ist. Durch den Einsatz von lösungsmittelfreien, kryo-mechanochemischen Protokollen wird mechanische Energie gezielt in chemische Reaktivität überführt; tiefe Temperaturen stabilisieren reaktive Zwischenstufen und erhöhen die Selektivität der Makrozyklisierung. Das Projekt optimiert systematisch Parameter wie Mahlfrequenz, Temperatur und Katalysatorzusätze, um hohe Ausbeuten und Reinheiten von Porphyrinoiden zu erzielen. Durch Metallierung mit Übergangsmetallen (Fe, Mn, Co) entstehen aktive Komplexe, die als Elektrokatalysatoren für CO2-Reduktion, Stickstofffixierungund Sauerstoffentwicklungsreaktionen dienen. Erweiterte Protokolle ermöglichen zudem die Synthese polymerer und dreidimensional vernetzter Systeme als leitfähige Materialien für energiebezogene Anwendungen. Die Kombination aus Mechanochemie und Kryotechnik ersetzt gefährliche Lösungsmittel, reduziert den Energiebedarf und erfüllt zentrale Prinzipien der Grünen Chemie. Die neuartigen Metall-Makrozyklen werden in Gasdiffusionselektroden integriert, um die CO 2-Verfügbarkeit und Selektivität hin zu wertvollen Produkten wie Formiat, Methanol und Acetat zu steigern. Ergänzt durch DFT-Berechnungen werden die Mechanismen der Festphasen- Makrozyklisierung und der elektrochemischen CO 2-Aktivierung aufgeklärt. Das interdisziplinäre Vorhaben verknüpft Synthesechemie, Elektrokatalyse und Materialwissenschaft und stärkt Österreichs Position in der nachhaltigen Energieforschung. Es ebnet den Weg zu einer neuen Generation von CO 2-Verwertungstechnologien im Sinne globaler Dekarbonisierungsziele.