Photokatalytische Wasserstoffherstellung : Modellexperimente mit homogenen und heterogenen Systemen für Unterricht und Lehre / vorgelegt von Richard Kremer. Wuppertal, 29. Juli 2023
Inhalt
- Einleitung
- Zielsetzung
- Fachliche Grundlagen
- Interaktion von Licht mit Materie
- Licht und Spektrum
- Der elektronisch angeregte Zustand
- Photoredoxkatalyse
- Redoxmediatoren und Redoxfarbstoffe
- Opferdonatoren
- Solare Wasserspaltung
- Natürliche vs. Künstliche Photosynthese
- Wasserelektrolyse mit Solarstrom
- Photokatalytische Wasserspaltung
- Photo-Blue-Bottle-Lösung
- Eigene Untersuchungen und Ergebnisse
- Voruntersuchungen zu Versuchsaufbauten für die Zweitopf-Zelle
- Photogalvanische Zweitopf-Zellen
- Erzeugung eines Redox-Äquivalentes analog zu NADPH+
- Erprobung einer geeigneten Elektrode für die Methylenblau-Halbzelle
- Optimierung der Methylenblau-Konzentration
- Die Reversibilität und die Rückfärbung der Methylenblaulösung
- Gesamtfazit zur Erzeugung eines Redoxäquivalents
- Erzeugung von Wasserstoffgas in der photogalvanischen Zweitopf-Zelle
- Erzeugung von Wasserstoffgas mittels homogener Photoredoxkatalyse
- Einfluss des Salzes und der Konzentration in der Elektrolytbrücke
- Einfluss der verwendeten Fritte in der Salzbrücke
- Einfluss bei Veränderung des Durchmessers und der Länge der Salzbrücke
- Einfluss der Rührgeschwindigkeit
- Einfluss eines Leitsalzes in der PBB-Lösung
- Untersuchungen zu einer alternativen Elektrode in der PBB-Halbzelle
- Untersuchungen zur Verwendung alternativer Lichtquellen
- Einflussfaktoren in der Wasserstoff-Halbzelle
- Erzeugung von Wasserstoffgas mittels heterogener Photoredoxkatalyse
- Weißwandaufbau der Zweitopfzelle
- Gesamtfazit zur Wasserstoffherstellung im Zweitopf-Aufbau
- Voruntersuchungen zu Versuchsaufbauten für die Eintopf-Zelle
- Entwicklung einer geeigneten Apparatur
- Erprobung der geeigneten Apparatur
- Fazit zur Entwicklung einer Eintopfzelle
- Die PBB-Eintopf-Zelle
- Einfluss der Katalysatormenge
- Widerverwendbarkeit des Katalysators
- Erprobung weiterer käuflicher Katalysatoren
- Erprobung von Edelmetall-Nanopartikeln
- Heterokatalytische Wasserstoffherstellung an Titandioxid
- Optimierung für den Einsatz in der Schule
- Gesamtfazit zur Herstellung von Wasserstoffgas in der Eintopf-Aufbau
- Weitere Untersuchungen
- Gaschromatographie von Wasserstoffgas mit dem Kappenberg-GC
- Modifizierte Knallgasprobe für kleinste Wasserstoffgasmengen
- Nachweis von Wasserstoff durch Selbstentzündung
- Verwendung des Hergestellten Wasserstoffgases
- Gewinnung von Edelmetallen
- Beschichtung von Graphitfolien und FTO-Gläsern mit Edelmetallen im Mikromaßstab
- Didaktische Überlegungen und Kommentare
- Anknüpfungspunkte für Experimente rund um das Thema künstliche Photosynthese
- Anknüpfungspunkte der entwickelten Experimente an die Lehrpläne
- Fazit
- Ausblick
- Experimenteller Teil
- Verwendete Software
- Geräte
- Chemikalien
- Materialien
- Versuchsdurchführungen
- Verwendete Lösungen
- Verwendete Aufbauten
- Sauerstoffbestimmung in der PBB-Lösung bei Bestrahlung
- pH-Wertbestimmung in der PBB-Lösung bei Bestrahlung
- Aufbau für die Methylenblau-Reduktion
- Variation der Elektrode
- Variation der Methylenblau-Konzentration
- Erprobung der Rückfärbbarkeit und der Reversibilität
- Wasserstoffherstellung
- Variation des Leitsalzes in der Salzbrücke
- Variation der Fritte in der Salzbrücke
- Variation der Länge und des Durchmessers der Salzbrücke
- Variation der der Rührgeschwindigkeit
- Variation eines Leitsalzes in der PBB-Halbzelle
- Variation der Elektrode in der PBB-Halbzelle
- Variation der Lichtquelle
- Messungen mit Titandioxid
- Messungen mit Weißwandaufbau
- Messungen zur Reduktion von Methylenblau
- Variation der Elektrode
- Variation der Methylenblau-Konzentration
- Versuche zurder Leukomethylenblau-Oxidation
- Versuche zum Weißwandaufbau
- Versuche zur Eintopfzelle
- Variation der Katalysatormenge
- Versuche zur Wiederverwendbarkeit
- Versuche zu weiteren käuflichen Katalysatoren
- Versuche zu Nanopartikeln
- Versuche mit Titandioxid in der Eintopfzelle
- Versuche zur Optimierung in der Schule
- Durchführungen zu den weiteren Versuchen
- Abkürzungsverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Weitere Abbildungen