Willkommen bei HyPerCat (FOR 5715)
Die Forschungsgruppe "Bridging Concepts in Thermo- and Electro-Hydrogen Peroxide Catalysis" (HyPerCat) arbeitet an der Entwicklung gemeinsamer Konzepte für die thermo- und elektrokatalytische Herstellung von Wasserstoffperoxid. Wasserstoffperoxid ist ein grünes Oxidationsmittel und eine Basischemikalie mit großem Produktionsvolumen und vielfältigen Anwendungen z. B. in der Textil- und Papierindustrie, der Aufarbeitung von Abwasser und der chemischen Synthese. Mögliche Zukunftsszenarien für eine nachhaltige Wasserstoffperoxid-Produktion sind die direkte thermokatalytische Wasserstoffperoxid-Direktsynthese aus molekularem Wasserstoff und Sauerstoff unter Verwendung von elektrokatalytisch gewonnenem Wasserstoff (t-HP) und die direkte selektive elektrokatalytische Reduktion von Sauerstoff zu Wasserstoffperoxid (e-HP).
In HyPerCat untersuchen acht Forschungsteams des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Technischen Universität Berlin (TUB) gemeinsam Prozesse der t-HP und e-HP über verschiedene Skalen, d. h. von der atomaren Betrachtung der Reaktionsmechanismen und aktiven Zentren der Katalysatoren bis zur Reaktorauslegung unter Berücksichtigung von Wärme- und Stofftransportlimitierungen sowie den Wertschöpfungsketten im industriellen Maßstab. Die Forschungsgruppe konzentriert sich auf die Herstellung von Modellkatalysatoren, verschiedene Methoden der In situ- und Operando-Charakterisierung, kinetische Studien und neuartige Reaktoren. Dabei adressieren wir eine Multiskalenmodellierung auf der Grund-lage theoretischer Berechnungen (Dichtefunktionaltheorie) in Kombination mit den Experimenten. Auf diese Weise wollen wir Deskriptoren für aktivere und selektivere Katalysatorzu-stände und Reaktionsbedingungen erarbeiten, wobei die in der e-HP gewonnenen Informatio-nen die systematische Entwicklung effizienter Katalysatoren für die t-HP vorantreiben können und umgekehrt.
HyPerCat besteht aus acht Forschungsteams des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Technischen Universität Berlin (TUB) und wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Das nächste HyPerCat-Seminar findet am 25. Juli 2025 in Kooperation mit dem CRC 1441 TrackAct am ITCP am KIT Campus Süd statt. Prof. Dr. Max Hülsey von der TU München wird seine Forschung im Bereich „The impact of polarization on thermochemical catalysis“ präsentieren. Die Teilnahme ist vor Ort oder online möglich.
Von 21. bis 23. Juli 2025 fand sich ein Großteil des HyPerCat Projektteams für unser halbjährliches Projekttreffen in Berlin ein, welches dieses Mal von den Teammitgliedern von TP7 organisiert wurde. Neben den Statusberichten aus den Teilprojekten wurden auch unterschiedliche Methoden für die Quantifizierung von H2O2 sowie weitere Punkte, die die meisten TPs betreffen, besprochen. Seit dem Beginn des Projektes im Herbst 2024 wurde bereits eine beeindruckende Menge an Versuchen und Simulationen durchgeführt und die intensiven Diskussionen nach den Vorträgen mussten mehrfach verführt beendet werden, um den Zeitplan einhalten zu können.
Nach dem Treffen des gesamtem Projektteams fand auch noch ein Treffen der PhD Studierenden statt, welches dieses Mal dem Erlernen der wichtigsten Konzepte der Elektrochemie gewidmet war. Während Philipp Röse (PI TP5) den Doktorierenden die notwendigen theoretischen Hintergründe näherbrachte, stellte Jessica Hübner (TP7) die wichtigsten experimentellen Methoden und verschiedene Messzellen vor und organisierte die TP7 Labortour. Zudem blieb auch genügend Zeit, um organisatorische Aspekte (z.B. die nächsten Labtours und Kurse), aber auch generelle Herausforderungen des Forschungsalltages zu diskutieren.
Das gesamte HyPerCat-Projektteam bedankt sich recht herzlich beim Team von TP7 – Jonas Grings, Jessica Hübner und Peter Strasser – sowie allen weiteren Helfern – für die großartige Organisation dieses Projektmeetings.
Ein Teil des HyPerCat Projektteams (TP1, TP3, TP7 und TP8) führte kürzlich Untersuchungen zur Palladiumhydridbildung an der ASTRA Beamline des Synchrotrons Solaris in Krakau (Polen) durch. Dabei konnten sie nicht nur zum ersten Mal ASTRAs neue Probenhalterinfrastruktur nutzen, sondern auch neue Informationen zum elektronischen Zustand einiger hergestellter HyPerCat-Katalysatoren erlangen. Zudem blieb auch ausreichend Zeit für wissenschaftliche Diskussionen, sowie Sightseeing im Zentrum von Krakau und einen Besuch der Salzmine Wieliczka.
Das HyPerCat-Team bedankt sich ganz besonders bei Dr. Henning Lichtenberg und Dr. Alexey Maximenko (beide Solaris Synchrotron) für ihre tatkräftige Unterstützung während der Messzeit!