Elektrooxidation von 5-HMF zum biobasierten Monomerbaustein FDCA

Der grüne Wasserstoff und das FDCA haben beide hohes Potential als Energieträger bzw. biobasierte Plattformchemikalie. Jedoch sind beide aktuell in ihrem Herstellungsverfahren noch zu kostenintensiv. Dabei stellen die hohe Überspannung, aufgrund der OER bei der Wasserelektrolyse und die noch teure FDCA-Synthese die aktuellen Herausforderungen dar. Um beide Herausforderungen zeitgleich anzugehen, wird im Rahmen des Projektes ELOBIO die gekoppelte Elektrosynthese untersucht. Insbesondere wird in dieser Arbeit die Elektrooxidation von 5-HMF zu FDCA näher betrachtet. Dazu werden die Aspekte der Degradation der Produkte, die Entwicklung eines geeigneten Elektrokatalysators und die Reaktionskinetik der 5-HMF Elektrooxidation genauer beleuchtet. Die Untersuchungen werden in einer H-Zelle im pH-Wert Bereich von 12,2 -14 durchgeführt. Der Elektrokatalysator wird auf Basis von Nickel entwickelt, gegebenenfalls mit NiOOH beschichtet, und seine elektrochemisch aktive Oberfläche mithilfe von CVs charakterisiert. Die Analysen werden mithilfe von UV/VIS-Spektroskopie und HPLC durchgeführt. Aus den Ergebnissen der Versuche lässt sich feststellen, dass die Elektrosynthese von FDCA in 1 M NaOH mit einer mit NiOOH beschichteten feinmaschigen Nickelschaum Elektrode bei einem Potential von
1,55 V vs. RHE am effektivsten ist. Dies lässt sich mit der hohen Reaktionskinetik und dem nahezu Vollumsatz nach einer Ladungszahl von 6,8 F mol-1 begründen. Durch die kurze Reaktionszeit von insgesamt 25 min bis zum theoretischen Vollumsatz von 6 F mol-1 und die hohe Faraday-Effizienz von FDCA verliert die Degradation des Edukts und der Intermediate an Relevanz. Die genannten Bedingungen für die Elektrooxidation können anhand dieser Arbeit als Optimum betrachtet werden, jedoch gelten für die Überführung in eine Flow-Zelle andere Parameter. Diese werden im weiteren Verlauf des Projektes von ELOBIO erprobt, allerdings geschieht dies im Rahmen dieser Arbeit nicht mehr.