Kristalle mit Spinantrieb

Die Wasserspaltung ist ein vielver­sprechender Weg zur Gewinnung von Wasserstoff. Dieser Prozess wurde jedoch lange Zeit durch die langsame chemische Kinetik der Sauerstoff­entwicklungs­reaktion in Frage gestellt, die die Wasserstoff­produktion ineffizient und kostspielig macht. Ein inter­nationales Forschungsteam hat nun eine Lösung gefunden. Durch die Verwendung spezieller Kristalle mit einzig­artigen intrinsischen chiralen Strukturen haben die Forscher den Prozess der Wasser­spaltung erheblich verbessert.

Die topo­logischen chiralen Kristalle, die aus Rhodium und Elementen wie Silizium, Zinn und Wismut bestehen, besitzen eine außergewöhnliche Fähigkeit, den Elektronenspin zu manipulieren. Diese quanten­mechanische Eigenschaft ermöglicht einen hoch­effizienten Elektronen­transfer zur Sauerstoff­erzeugung, wodurch die chemische Gesamtreaktion erheblich beschleunigt wird. „Diese Kristalle sind im Grunde Quanten­maschinen“, sagt Xia Wang vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe. „Durch die Nutzung der einzigartigen Spin­eigenschaften von Elektronen haben wir einen Katalysator geschaffen, der herkömmliche Materialien um das 200-fache übertrifft.“

Binghai Yan vom Weizmann Institute of Science in Rehovot bei Tel Aviv fügt hinzu: „Uns ist bewusst, dass unsere Kata­lysatoren immer noch seltene Elemente enthalten, aber wir sind zuversichtlich, dass wir auf der Grundlage unseres Entwurfs­plans bald hoch­effiziente und auch nachhaltige Kata­lysatoren entwickeln werden.“ Dieser Durchbruch ist nicht nur eine wissen­schaftliche Kuriosität – er stellt einen potenziellen Sprung in der Technologie für erneuerbare Energien dar. Der neue Katalysator könnte die Wasserstoff­produktion schneller, effizienter und wirt­schaftlicher machen und uns einer sauberen Energiezukunft näher bringen.

MPI CPfS / JOL