Molekulare Elektrochemie

Prof. Dr. Robert Francke

Ein Schwerpunkt der Themengruppe ist die Elektrosynthese von organischen Verbindungen. Unsere umfängliche Ausstattung und Expertise erlaubt es, den Versuchsaufbau und die Art der Reaktionsführung an eine Vielzahl verschiedener präparativer Fragestellungen anzupassen. So kommen je nach Bedarf geteilte und ungeteilte Zellen zum Einsatz, welche im potentiostatischen oder galvanostatischen Modus betrieben werden können. Die Entwicklungsarbeiten werden üblicherweise durch elektroanalytische Studien ergänzt, wodurch zum einen mechanistische Einblicke gewonnen werden, zum anderen aber auch Informationen, welche für die Optimierung von Reaktionsparametern nützlich sind. Als weiteres Werkzeug setzen wir, falls es die Problemstellung erfordert, homogene Elektrokatalysatoren (Mediatoren) oder katalytisch aktive Elektrodenmaterialien ein. Dieser Ansatz erlaubt sowohl eine gezielte Steuerung der Selektivität als auch eine Absenkung der kinetischen Überspannung. Zur Beschleunigung der Optimierung kommen Screening-Apparaturen zum Einsatz, welche die Durchführung von bis zu acht Elektrolysen gleichzeitig pro Aufbau erlaubt. Zur Skalierung der Reaktion stehen diverse Durchflusszellen zur Verfügung, welche bei Bedarf mit unterschiedlichen analytischen Methoden zur Online-Produktanalyse gekoppelt werden können.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf dem Thema katalytisch aktive Materialen für die elektrochemische Umsetzung kleiner Moleküle (CO2, H2O, N2, etc.). Zur elektrochemischen Charakterisierung der heterogenen Elektrokatalysatoren stehen uns mehrere Potentiostaten mit rotierender Scheibenelektrode (RDE) und Impedanzspektroskopie zur Verfügung. Wir haben die Möglichkeit sowohl photoelektrochemische Untersuchungen als auch spektroelektrochemische Analysen durchzuführen. Weiterführend können die Materialien auch in einer/m Laborbrennstoffzelle bzw. -elektrolyseur getestet werden; die Folien (Fläche 25 cm²) werden mittels Air-Brush-Verfahren beschichtet. Neben den klassischen chemischen Methoden zur Materialsynthese verfügen wir über mehrere Öfen für die thermischen Behandlungen. Speziell für wässrige Verfahren kann die Gefriertrocknung eingesetzt werden.