Gepaarde elektrokatalytische alkaan dehydrogenatie en CO2 reductie in een multicompartiment elektroreactor met protongeleidende membranen gebaseerd op metaal-organische roosters

Alkaan dehydrogenatie is een sleutelreactie, niet alleen voor de huidige chemische industrie, maar ook voor de opwaardering van polyolefine afval. Dehydrogenatie is endotherm en kampt bij de hoge temperaturen (> 500°C) met selectiviteitsproblemen. Hier beogen we dehydrogenatie bij 100-200°C, door de reactie aan te drijven met (hernieuwbare) elektriciteit in een 2-compartiments elektroreactor. Aan de anode gebruiken we een edelmetaalkatalysator met een promotor die de selectiviteit voor mono-dehydrogenatie verhoogt; of we gebruiken een homogeen Ir-‘pincer’ complex, dat na alkaandehydrogenatie en vorming van het metaal-dihydride op de anode wordt geregenereerd. Ir pincers hebben unieke, bv. terminale selectiviteit. Anderzijds worden protonen en elektronen van het alkaan gebruikt om CO2 tot mierenzuur te reduceren op speciale Sn kathodes, die moeten werken op dezelfde temperatuur als de anode. Kritisch is het membraan tussen beide compartimenten, dat zelfs bij 100-200°C protongeleidend moet zijn. We ontwerpen en gebruiken ‘mixed matrix membranen’, met stabiele polymeren (bv polybenzimidazool) en metaal-organische roosters als vullers. De componenten worden samengebracht in een elektroreactor met optimaal massatransport. Met ‘operando’ technieken (in situ TEM, XRD, DEMS, ..) wordt de evolutie van de katalysatoren in echte reactiecondities gevolgd; snelheden van dehydrogenatie, protontransport en CO2 reductie worden gemeten.