BIOPEC – Photo-electrochemical oxidation of biomass derivates for the production of renewable hydrogen

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/501598

Key words (English)

Photo-electrochemical (PEC) conversion, hydrogen, biomass, glycerol, BiVO4.

Short description (German)

Wasserstoff ist ein bedeutender chemischer Grundbaustein, wobei seine nachhaltige Produktion zunehmend an Bedeutung gewinnt. Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Produktion von Was-serstoff via der photoelektrochemischen Oxidation von Biomassederivaten (Glycerin, Glukose) mit einem Potential nahe 0 V bei der inhärenten Vermeidung der Koproduktion von Sauerstoff. Ein Hauptaugenmerkt dieses Projekts liegt in der Entwicklung geeigneter Photoanoden.

Short description (English)

Hydrogen is an important feedstock, yet its production from renewable sources becomes increas-ingly important. This project is concerned with the production of hydrogen through the photo-elec-trochemical oxidation of biomass derivatives (glycerol, glucose) bringing the potential to close to 0 V and avoiding inherently the co-production of oxygen with hydrogen. A key aspect of this project is the development of effective photoanodes.

Final report (German)

Eine Photoanode auf der Basis eines BiVO4-Halbleiters, gekoppelt mit einer Atomschicht aus Nickeloxid, wurde für die photoelektrokatalytische Zersetzung von Wasser und Glycerin genutzt. Die Leistung der zusammengesetzten Architektur kann mit der Leistung modernster Materialien, z. B. TiO2, mithalten. Eine Familie von Y1.8M0.2Ru2O7-δ-Pyrochloroxiden wurde als Modellkatalysatoren für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) untersucht, um den physikalischen Ursprung des Metallsubstitutionseffekts auf die katalytische Aktivität aufzudecken. Das gewonnene grundlegende Verständnis ermöglichte es uns, neue allgemeine Richtlinien für die Entwicklung von Materialien mit verbesserter OER-Leistung vorzuschlagen. Ein Mitglied der neuartigen Familie der zweidimensionalen Materialien, das mit einem einzelnen Metall substituierte Mo2CTx(Tx = O, OH, F) MXen, wurde als Elektrokatalysator für die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) erforscht. Hervorragende Aktivität und Stabilität bei der HER machen Mo2CTx:Co zu einem vielversprechenden Kandidaten für den Ersatz von Platin bei der großtechnischen Wasserstofferzeugung aus Wasser.

Final report (English)

A photoanode based on a BiVO4 semiconductor coupled with atomic layer deposited nickel oxidewas exploited for the photoelectrocatalytic water and glycerol decomposition. The performance ofthe assembled architecture rivals that of state-of-the-art materials, e.g. TiO2. A family of Y1.8M0.2Ru2O7−δ pyrochlore oxides was investigated as model catalysts for the oxygenevolution reaction (OER) in order to reveal the physical origin of the metal substitution effect on thecatalytic activity. The fundamental understanding obtained enabled us to propose new generalguidelines towards the design of materials with enhanced OER performance. A member of the novel family of two-dimensional materials, single metal site-substituted Mo2CTx(Tx = O, OH, F) MXene, was explored as an electrocatalyst for the hydrogen evolution reaction(HER). Excellent activity and stability in HER make Mo2CTx:Co a promising candidate to replaceplatinum for the large scale hydrogen production from water.

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• Final Report [PDF] 1'721 kB