Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Chemie

Fachgebiet: Physikalische Chemie/Katalyse

Betreuer: Prof. Dr. Ralf Ludwig



M.Sc. Elisabeth Oberem
(e-mail: elisabeth.oberem@uni-rostock.de )

Mechanistisches Verständnis der katalytischen CO2-Reduktion mittels in situ IR-Spektroskopie, Spektroelektrochemie und Dichte-Funktional-Theorie

In dieser Arbeit wird die homogene, katalytische Kohlenstoffdioxid-Reduktion thematisiert. Es wurden ein Mangan- [Mn(pyrox)(CO)3Br] und ein Eisen-Katalysator [Fe(cpd)(CO)3] näher untersucht. Beide Katalysatoren sind sowohl photokatalytisch als auch elektrokatalytisch aktiv. Mittels in situ IR-Spektroskopie konnte die photokatalytische Reduktion durch den Mangandiimin-Katalysator näher untersucht werden. Weiterhin wurden beide Katalysatoren mithilfe der IR-Spektroelektrochemie betrachtet. Durch die gewählten Methoden konnte die CO2-Reduktion mechanistisch betrachtet werden. Unterstützende quantenchemische Berechnungen haben die Aufklärung der Reaktionsmechanismen ermöglicht. Kohlenstoffmonoxid wurde in beiden Reaktionen als Produkt nachgewiesen. Es konnten Intermediate, wie beispielsweise Dimere ([Mn(pyrox)(CO)3]2 bzw. [Fe(cpd)(CO)2]2), als Teil des Katalysemechanismus identifiziert werden.

The focus of this work is on the homogeneous, catalytic carbon dioxide reduction. A manganese [Mn(pyrox)(CO)3Br] and an iron catalyst [Fe(cpd)(CO)3] have been investigated. Both catalysts have shown activity in regard to the photocatalytic as well as to the electrocatalytic CO2 reduction. With in situ IR-spectroscopy the photocatalysis of the manganese diimine catalyst has been studied. Additionally both catalysts have been investigated with IR-spectroelectrochemistry. Due to the chosen methods mechanistic studies of the reduction process have been feasible. With the complementary quantum chemical computations a detailed description of the catalytic mechanism has been possible. Carbon monoxide has been proven to be the product of the CO2-reduction in both cases. Intermediates, like dimers for example ([Mn(pyrox)(CO)3]2 or [Fe(cpd)(CO)2]2), have been identified as part of the catalytic cycle.