26.02.2021 • Energie

Innovativer Elektrokatalysator

Neuer Feststoffkatalysator für die Wasserelektrolyse identifiziert.

Grüner Wasserstoff erfährt seit Einführung der Nationalen Wasserstoff­strategie eine hohe Aufmerksamkeit als Energie­träger und Baustein für verschiedene industrielle Prozesse. Seine Herstellung durch die Wasser­elektrolyse unter Verwendung von nachhaltigem Strom ist daher ebenfalls stark ins Zentrum der Forschung gerückt. Von den beiden Halb­reaktionen der Wasser­elektrolyse ist die Sauerstoff-Entwicklungs-Reaktion (OER) kinetisch anspruchsvoller und erfordert die Entwicklung innovativer Elektro­katalysatoren. 
 

Abb.: Wirkungsweise von Heusler-Verbindungen als eine neue Klasse von...
Abb.: Wirkungsweise von Heusler-Verbindungen als eine neue Klasse von OER-Elektro­katalysatoren (Bild: H. Tüysüz, KOFO)

Harun Tüysüz (Max-Planck-Institut für Kohlen­forschung, KOFO), Claudia Felser (Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe) und ihre Teams haben nun einen neuen Typ von OER-Elektro­katalysatoren entdeckt. Es gelang ihnen, eine Vielzahl von Heusler-Verbindungen vom Co2YZ-Typ mit einstellbaren physikalisch-chemischen Eigenschaften und gut definierten topologischen Oberflächen zu entwickeln, die Wasser sehr effektiv Sauerstoff zu spalten vermögen. 

Die systematische elektrokatalytische Untersuchung des KOFO-Teams bewies eine solide Korrelation zwischen der Elektronen­besetzung der eg-Orbitale der aktiven Kobalt-Zentren und ihrer OER-Aktivität. Die Materialien zeigten einen Zusammenhang zwischen katalytischer Aktivität und Orbital­besetzung in Form einer Vulkankurve, wobei die höchste Aktivität für eine Orbital­besetzung nahe eins erhalten wurde. 

Die Arbeit ist ein Beweis dafür, dass Heusler-Verbindungen als eine neue Klasse von OER-Elektrokatalysatoren betrachtet werden können, und sie zeigt die Auswirkung der gezielten Anpassung der Orbitalbesetzung auf die katalytische Wirksamkeit. Die Ergebnisse der Studie wurden kürzlich in der Fach­zeitschrift Angewandte Chemie International Edition als „Hot Paper“ publiziert. 

KOFO / DE
 

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