Neue Methode steigert Syngaserzeugung aus Biopolyolen

Photokatalytische Umwandlung von Biomasse

Eine Gruppe um Prof. Feng Wang vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinese Academy of Sciences (CAS) hat in Zusammenarbeit mit Prof. Min Wang von der Dalian University of Technology eine neue Methode vorgeschlagen, um die photokatalytische Umwandlung von Biopolyolen zu Synthesegas bei Raumtemperatur mit hoher Effizienz zu realisieren. Diese Untersuchung wurde am 27.04.2021 im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.

Schematischer Mechanismus des photoinduzierten PCET-Prozesses über [SO4]/CdS – Bild © Xiaochen Zhang und Huifang Liu

Die photokatalytische Umwandlung von Biomasse ist ein idealer Weg zur Erzeugung von Synthesegas (H2 und CO) über die Spaltung von C-C-Bindungen, die durch Wasserstoffabstraktion von O/C-H-Bindungen initiiert wird. Der Mangel an effizientem Elektronen-Protonen-Transfer begrenzt jedoch seine Effizienz. Die Vergasung von Biomasse zu Synthesegas muss bei hohen Temperaturen (400-700 °C) betrieben werden.

Die Forscher stellten einen mit Sulfat-Ionen modifizierten CdS-Katalysator ([SO4]/CdS) an der Oberfläche her, der gleichzeitig sowohl den Elektronen- als auch den Protonentransfer erhöhen konnte und damit die Erzeugung eines Synthesegasgemisches aus Biopolyolen mit hoher Aktivität und Selektivität ermöglichte.

In-situ-Charakterisierungen in Kombination mit theoretischen Berechnungen zeigten, dass das Oberflächen-Sulfat-Ion [SO4] bifunktional war und als Protonenakzeptor diente, um den Protonentransfer zu fördern, und das Oxidationspotential des Valenzbandes erhöhte, um den Elektronentransfer zu verbessern.

Im Vergleich zu unbehandeltem CdS zeigt [SO4]/CdS eine 9-fach höhere CO-Generierungsrate und eine 4-fach höhere H2-Generierung. Durch diese Methode konnte eine breite Palette von Zuckern, wie Glukose, Fruktose, Maltose, Saccharose, Xylose, Laktose, Insulin und Stärke, leicht in Synthesegas umgewandelt werden.

Diese Studie zeigt den entscheidenden Effekt des Oberflächen-Sulfat-Ions auf den Elektronen-Protonen-Transfer in der Photokatalyse und bietet eine einfache Methode zur Steigerung der photokatalytischen Effizienz. (Text von Xiaochen Zhang und Huifang Liu)

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