Innovative Elektrokatalysatoren Neuer Feststoffkatalysator für die Wasserelektrolyse entdeckt

Ein Forscherteam am Max-Planck-Institut hat einen neuen Typ von OER-Elektrokatalysatoren entdeckt. Durch ihre Erkenntnisse ist es möglich, Wasser sehr effektiv zu spalten.

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Max-Planck-Institut für Kohlenforschung

Mülheim an der Ruhr – „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.

PD Dr. Harun Tüysüz vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung sowie Prof. Dr. Claudia Felser vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe und ihre Teams haben 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 zu Sauerstoff zu spalten vermögen.

Katalysatorforschung

So lassen sich leistungsfähige Multi-Element-Katalysatoren schnell identifizieren

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 dem Artikel „Tunable eg orbital occupancy in Heusler compounds for oxygen evolution reaction“ in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie International Edition als Hot Paper publiziert.

Originalpublikation: Yu, M.; Li, G.; Fu, C.; Liu, E.; Manna, K.; Budiyanto, E.; Yang, Q.; Felser, C, Tüysüz, H. Tunable eg orbital occupancy in Heusler compounds for oxygen evolution reaction, Angew. Chem. Int. Ed.,2021

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