Platin sparen

Atomare Platinschicht auf Wolframcarbid-Träger katalysiert elektrolytische Wasserstoffherstellung.

Wasserstoff ist einer der aussichtsreichsten Energieträger der Zukunft und lässt sich durch die Elektrolyse von Wasser produzieren. Art und Beschaffenheit des wasserstoff- entwickelnden Katalysators, meist Platin, sind dabei von entscheidender Bedeutung für die Effizienz und die Kosten des Elektrolysesystems. Jingguang G. Chen und ein Team von der University of Delaware (USA) haben eine Methode entwickelt, wie sich das teure Platin ohne Leistungseinbußen einsparen lässt: durch Auftragen einer atomaren Platinschicht auf einen kostengünstigen Träger aus Wolframcarbid.

Die Wasserspaltung per Elektrolyse funktioniert nur effizient, wenn die Kathode mit einem leistungsfähigen Katalysator ausgestattet ist. Platin erfüllt diese Anforderung, ist allerdings sehr teuer. Bei den bisherigen Lösungsansätzen, Platin einzusparen, indem Platinpartikel auf ein Trägermaterial aufgebracht werden, sitzen die meisten Platinatome oft zu weit im Innern poröser Träger und sind dadurch von der Reaktion abgeschirmt. Chen erläutert den neuen Ansatz: „Wir hatten das Ziel, eine Lage einzelner Platinatome auf ein kostengünstiges flächiges Substrat aufzubringen, sodass alle Platinatome auch zur Reaktion beitragen können.“ Dabei ist jedoch zu beachten, dass bei einer atomaren Monolage eines Metalls auf einem Träger die Atome mit der Unterlage in Wechselwirkungen treten. Die Abstände zwischen den einzelnen Atomen der Schicht können anders ausfallen als im Reinstoff, wodurch die elektronische Struktur der Atome geändert wird. Außerdem können die Bindungen zu Atomen der Unterlage zu unerwünschten Effekten führen. Dadurch werden die katalytischen Eigenschaften in erheblichem Maße gestört.

Wolframcarbid weist sehr ähnliche Eigenschaften wie Platin auf und ist zudem kostengünstig, weshalb Chen und sein Team es als Träger wählten. Sie stellten dünne Filme aus Wolframcarbid auf einem Wolframsubstrat her und dampften Platinatome auf. Wie sich zeigte, weichen die chemischen und elektronischen Eigenschaften einer solchen atomaren Monolage Platin auf Wolframcarbid nicht wesentlich von denen eines Platinblocks ab. Entsprechend effizient fällt die katalytische Leistung der Platin-Monolage aus.

Angewandte Chemie/MH