Schmidt, Volkmar M.Brösgen, LindaRaupp, LenaLenaRaupp2024-10-282024-10-282024-05https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/477988Die selektive elektrochemische Oxidation von Biomasseverbindungen ist ein vielversprechender Weg, um den CO2-Fußabdruck in der chemischen Industrie zu reduzieren. Das Ver-fahren vermeidet den Einsatz starker chemischer Oxidationsmittel oder hoher Sauerstoff-drücke und kann mit erneuerbarer Energie betrieben werden. Diese entscheidenden Vor-teile sind jedoch nur dann von Bedeutung, wenn sie mit der selektiven Herstellung des gewünschten Reaktionsprodukts gekoppelt sind, was für hochreaktive Biomasseverbindungen eine anspruchsvolle Aufgabe darstellt. Die Aufgaben der vorliegenden Arbeit umfassen die Herstellung geeigneter Elektrokatalysatoren auf Basis von Nickel durch verschiedene Beschichtungsverfahren und die Reaktionskinetik der Glucose- und Xyloseoxidation. Die Untersuchungen werden in einer H-Zelle im pH-Wert von 13 durchgeführt. Die elektrochemisch aktive Oberfläche der hergestellten Elektroden wird mit Hilfe von CVs charakterisiert. Die Analysen der Elektrooxidation von Glucose und Xylose werden mithilfe von HPLC und Ramanspektroskopie durchgeführt. Aus den Ergebnissen der Versuche lässt sich feststellen, dass die Herstellung der gesprühten NiFe2O4-Nickelschaumelektrode im Hinblick auf die ECSA am erfolgreichsten ist. Ebenfalls erweist sich die Rakelbeschichtung als gute Alternative zum Sprühen. Aus den bisher erlangten Erkenntnissen bezüglich Elektrooxidation lässt sich zum jetzigen Stand noch keine Aussage hinsichtlich der optimalen Zuckerkonzentrationen treffen, da die Konzentrationsverläufe der HPLC-Analyse nicht den Erwartungen entsprechen und deutlich von der tatsächlichen Kon-zentration abweichen. Bei einer geringen Zuckerkonzentration von 10 mmol l-1 kommt es je-doch zu einer deutlich schnelleren Reaktion, weshalb Umlagerungs- oder Oxidationsreaktio-nen während der Probenlagerung verringert vorkommen. Nach der optimierten Probenlagerung sollten die Elektrosynthesen an der NiOOH-Schaumelektrode wiederholt werden. Anschließend können diese mit der gesprühten NiFe2O4-Schaumelektrode reproduziert werden, um zu schauen, wie sich die größere ECSA und die in der Elektrodenbeschichtung vorhandenen Eisenionen auf das Umsatzverhalten der EOO oder den Reaktionsmechanismus auswirkt. Abschließend könnten ebenfalls Xylose-Glucose-Gemische untersucht werden.The selective electrochemical oxidation of biomass compounds is a promising way to reduce the CO2 footprint in the chemical industry. The process avoids the use of strong chemical oxidizing agents or high oxygen pressures and can be powered by renewable energy. However, these key advantages are only significant if they are coupled with the selective production of the desired reaction product, which is a challenging task for highly reactive biomass compounds. The tasks of the present work include the production of suitable nickel-based electrocatalysts by different coating processes and the reaction kinetics of glucose and xylose oxidation. The investigations are conducted in an H-cell at a pH value of 13. The electrochemically active surface of the electrodes produced is characterized with the aid of CVs. The analyses of the electrooxidation of glucose and xylose are conducted using HPLC and Raman spectroscopy. The results of the tests show that the production of the sprayed NiFe2O4 nickel foam electrode is the most successful in terms of ECSA. Squeegee coating also proved to be a good alternative to spraying. Based on the knowledge gained to date regarding electrooxidation, it is not yet possible to make a statement about the optimum sugar concentrations, as the concentration curves of the HPLC analysis do not meet expectations and deviate significantly from the actual concentration. However, a low sugar concentration of 10 mmol l-1 results in a significantly faster reaction, which is why rearrangement or oxidation reactions are reduced during sample storage. After optimized sample storage, the electrosyntheses should be repeated on the NiOOH foam electrode. These can then be reproduced with the sprayed NiFe2O4 foam electrode to see how the larger ECSA and the iron ions present in the electrode coating affect the conversion behavior of the EOO or the reaction mechanism. Finally, xylose-glucose mixtures could also be investigated.demaster thesis